Der Umformprozess beim Stanzen entschlüsselt: Vom Rohblech zum fertigen Teil

Was Metallprägen in der modernen Fertigung tatsächlich bedeutet

Haben Sie sich schon einmal gefragt, wie Hersteller Millionen identischer Metallteile mit beeindruckender Präzision herstellen? Die Antwort liegt in einem Verfahren, das Industrien seit über einem Jahrhundert prägt. Das Verständnis dessen, was Metallprägen ist, erschließt die Tür zu einer der effizientesten verfügbaren Fertigungsmethoden.

Die Kerndefinition des Metallprägens

Was ist Prägen also genau? Im Kern bezieht sich die Bedeutung von Prägen auf ein kaltumformendes Fertigungsverfahren verfahren, das flaches Blech in präzise dreidimensionale Formen umwandelt. Im Gegensatz zu spanenden Verfahren, bei denen Material abgetragen wird, verformt das Metallprägen das Metall durch gezielte Krafteinwirkung, ohne dabei Material zu entfernen. Dieses grundlegende Prinzip macht das Verfahren äußerst effizient, mit minimalem Abfall und maximaler Materialausnutzung.

Metallstanzung – auch Pressen genannt – umfasst das Einlegen flacher Metallbleche, entweder in Band- oder Zuschnittform, in eine Stanzpresse, wo Werkzeug und Matrize das Metall durch Verfahren wie Stanzen, Ausschneiden, Biegen, Prägen, Prägeprägen und Abkanten in die gewünschte Form bringen.

Wenn Sie sich unter Stanzung praktisch etwas vorstellen, denken Sie an das Eindrücken eines Ausstechförmchens in Teig – nur dass der „Teig“ hier aus Stahl, Aluminium oder Kupfer besteht und die dabei wirkenden Kräfte mehrere Tausend Tonnen betragen können. Das Metall fließt und dehnt sich in den Matrizenhohlraum hinein und nimmt dauerhaft die neue Form an, wobei seine strukturelle Integrität erhalten bleibt.

Warum dominiert die Stanzung die moderne Fertigung?

Warum hat sich dieses Verfahren zum Rückgrat der Großserienfertigung entwickelt? Die Antwort liegt in drei entscheidenden Vorteilen: Geschwindigkeit, Wiederholgenauigkeit und Kostenwirksamkeit.

Betrachten Sie die Automobilindustrie, in der ein einzelnes Fahrzeug Hunderte von gestanzten Metallkomponenten enthält. Von Karosserieteilen bis hin zu Halterungen setzen Hersteller auf dieses Verfahren, weil es folgende Vorteile bietet:

• Außergewöhnliche Geschwindigkeit: Moderne Pressen können zwischen 20 und 1.500 Hub pro Minute ausführen
• Hervorragende Konsistenz: Jedes Teil entspricht dem vorherigen mit einer Präzision, die in Bruchteilen eines Millimeters gemessen wird
• Wirtschaftliche Effizienz: Sobald die Werkzeuge eingerichtet sind, sinken die Kosten pro Einheit bei hohen Stückzahlen drastisch

Über Anwendungen in der Automobilindustrie hinaus finden sich gestanzte Metallteile in Luft- und Raumfahrtkomponenten, elektronischen Geräten, medizinischer Ausrüstung und alltäglichen Konsumgütern. Das Verfahren hat sich seit seiner frühen Einführung in den 1880er-Jahren für Fahrradteile erheblich weiterentwickelt und zwang schließlich sogar Henry Ford dazu, es einzuführen, als das Gesenk-Schmiedeverfahren die Produktionsanforderungen nicht mehr erfüllen konnte.

Drei wesentliche Komponenten, die jeder Stanzprozess benötigt

Was ist eine Umformoperation ohne ihre Grundelemente? Jeder erfolgreiche Umformprozess beruht auf drei miteinander verbundenen Komponenten, die harmonisch zusammenwirken:

1. Blech (das Werkstück): Das Ausgangsmaterial – typischerweise Stahl, Aluminium, Kupfer oder Messing – wird als flache Coil-Bahnen oder vorgeschnittene Zuschnitte angeliefert. Materialeigenschaften wie Dehnbarkeit und Zugfestigkeit beeinflussen unmittelbar, welche Formen erreicht werden können.
2. Werkzeug (die Matrize): Dieses präzisionsgefertigte Werkzeug enthält das Negativbild des fertigen Bauteils. Matrizen reichen von einfachen Einzeloperationen bis hin zu komplexen fortschreitenden Systemen mit Dutzenden von Stationen.
3. Presse (die Kraftquelle): Ob mechanisch, hydraulisch oder servogesteuert – die Presse liefert die kontrollierte Kraft, die erforderlich ist, um das Metall in den Matrizenhohlraum zu pressen. Die Wahl der Presse hängt von Faktoren wie erforderlicher Presskraft (Tonnage), Hubgeschwindigkeit und Bauteilkomplexität ab.

Diese drei Elemente bilden die Grundlage, die Sie verstehen müssen, während wir jede Phase dieser Fertigungsmethode im Detail untersuchen. Das Zusammenspiel zwischen Werkstoffauswahl, Werkzeugkonstruktion und Pressenleistung bestimmt letztlich darüber, ob ein Projekt erfolgreich ist oder scheitert.

Vollständiger, schrittweiser Stanzprozess erläutert

Nachdem Sie die grundlegenden Komponenten verstanden haben, wie wird aus einer Idee tatsächlich ein fertiges gestanztes Teil ? Der Metallstanzprozess folgt einer sorgfältig abgestimmten Abfolge, bei der jede Phase auf der vorherigen aufbaut. Wird eine Phase übersprungen oder hastig durchgeführt, führt dies zu kostspieligem Nacharbeitenaufwand in späteren Phasen. Wir gehen nun den gesamten Stanzfertigungsprozess von der Konzeption bis zur endgültigen Prüfung Schritt für Schritt durch.

Vom Konstruktionsplan zum fertigen Teil

Stellen Sie sich den Stanzprozess wie den Bau eines Hauses vor – Sie würden nicht das Fundament gießen, bevor die architektonischen Zeichnungen endgültig feststehen. Ebenso durchlaufen erfolgreiche Stanzprojekte klar definierte Phasen in einer festgelegten Reihenfolge:

1. Konzept- und Konstruktionsentwicklung: Ingenieure arbeiten mit Kunden zusammen, um die funktionalen Anforderungen, Toleranzen und Produktionsvolumina zu verstehen. Mithilfe von CAD-Software erstellen sie detaillierte 3D-Modelle und technische Zeichnungen, die jede Abmessung definieren.
2. Materialauswahl: Basierend auf den Anforderungen des Bauteils im Endverwendungszweck wählen Ingenieure das optimale Metall unter Berücksichtigung von Faktoren wie Festigkeit, Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten.
3. Werkzeug- und Formendesign: Präzisionsstanzwerkzeuge werden so konstruiert, dass sie exakt den Spezifikationen entsprechen. In dieser Phase wird entschieden, ob das Bauteil tatsächlich gemäß der Konstruktion hergestellt werden kann.
4. Werkzeugherstellung: Erfahrene Werkzeugmacher fertigen die Stanzwerkzeuge aus hochwertigen Werkzeugstählen an, wobei häufig CNC-Bearbeitung und Elektroerosion (EDM) zur Erzielung höchster Genauigkeit eingesetzt werden.
5. Prototypenerstellung und Validierung: Vor der Serienfertigung werden Musterteile hergestellt, um das Stanzwerkzeug zu testen und zu verifizieren, dass die gefertigten Teile den Spezifikationen entsprechen.
6. Presseneinrichtung und Programmierung: Bediener konfigurieren die Stanzpresse mit optimalen Parametern – Hublänge, Geschwindigkeit, Druck und Vorschubgeschwindigkeit.
7. Serienfertigung: Metallbleche oder -coils werden in die Presse eingelegt, wo Werkzeuge das Rohmaterial mit hoher Geschwindigkeit in fertige Komponenten umformen.
8. Qualitätskontrolle: Jedes Teil unterliegt dimensionsbezogenen Prüfungen, visuellen Bewertungen und Funktionsprüfungen, um Konsistenz sicherzustellen.
9. Sekundärarbeiten und Oberflächenbearbeitung: Teile erfordern möglicherweise zusätzliche Prozesse wie Entgraten, Wärmebehandlung, Beschichtung oder Montage.

Warum ist diese Abfolge so entscheidend? Weil Entscheidungen, die in frühen Phasen getroffen werden, sich auf den gesamten Blechstanzprozess auswirken. Die falsche Materialauswahl beeinträchtigt den Werkzeugverschleiß. Eine mangelhafte Werkzeugkonstruktion führt zu Fehlern während der Produktion. Eine unzureichende Einrichtung verursacht inkonsistente Teile. Jede Phase ist direkt mit der nächsten verbunden.

Die kritische Konstruktions- und Engineering-Phase

Stellen Sie sich vor, Möbel ohne Maßangaben bauen zu wollen – genau so sieht es aus, wenn man die Konstruktionsphase übereilt. Laut RCO Engineering beginnt die Produktentwicklung mit der Konzeption des Endprodukts; dies erfordert eine enge Zusammenarbeit von Konstruktions- und Ingenieurteams bei der Erstellung komplexer Konstruktionen auf Grundlage der Spezifikationen.

Während dieser Phase konzentrieren sich die Ingenieure auf mehrere kritische Elemente:

• Gestaltung für die Fertigung (DFM): Die Teile werden so optimiert, dass sie effizient gestanzt werden können, wobei unmögliche Geometrien oder übermäßige Komplexität vermieden werden.
• Toleranzanalyse: Die Ingenieure ermitteln zulässige Maßabweichungen basierend auf den funktionalen Anforderungen.
• Materialvorgabe: Festigkeit, Flexibilität und Kosten spielen alle bei der Auswahl zwischen Stahl, Aluminium, Messing oder Kupfer eine Rolle.
• Mengenüberlegungen: Die Produktionsmengen beeinflussen, ob fortschrittliche Progressivwerkzeuge oder einfachere Verbundwerkzeuge wirtschaftlich sinnvoll sind.

Der Metallstanzprozess beginnt hier tatsächlich – nicht erst, wenn die Presse in Betrieb genommen wird. Wie Sinoway Industry hervorhebt, gewährleistet die Nutzung modernster CAD-Software zur Erstellung detaillierter Zeichnungen und 3D-Modelle, dass das Produktkonzept sowohl hinsichtlich seiner Funktionalität als auch seiner Herstellbarkeit optimiert ist.

Produktionsablauf, der Konsistenz sicherstellt

Sobald die Werkzeuge validiert und die Presse konfiguriert sind, verwandelt die Produktionsphase Rohmaterial in fertige Komponenten. Doch was geschieht eigentlich während eines typischen Stanzzyklus?

Ein standardisierter Produktionsablauf umfasst folgende Schritte:

1. Materialzufuhr: Gewickeltes Metall oder vorgeschnittene Blechzuschnitte werden entweder manuell oder über automatisierte Zuführsysteme in die Presse eingelegt.
2. Position: Das Material wird mithilfe von Führungsbolzen oder sensorgeführten Systemen an präzise definierte Positionen transportiert.
3. Prägevorgang: Der Pressenstößel fährt abwärts und drückt das Material in den Werkzeughohlraum, wo es geschnitten, gebogen oder geformt wird.
4. Teileauswurf: Die fertigen Teile werden vom Werkzeug entfernt und zur Prüfung gesammelt.
5. Wiederholung des Zyklus: Der Prozess läuft mit Geschwindigkeiten zwischen 20 und über 1.000 Hub pro Minute weiter – je nach Komplexität des Bauteils.

Ingenieure verwenden während des gesamten Umformprozesses Schmierstoffe, um die Reibung zu verringern und die Werkzeuglebensdauer zu verlängern. Kühlsysteme helfen dabei, die entstehende Wärme abzuleiten, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsoperationen, bei denen Reibungswärme die Bauteilqualität beeinträchtigen kann.

Qualitätskontrolle wartet nicht bis zum Ende. Die Bediener überwachen Parameter in Echtzeit, und statistische Stichproben erfassen Abweichungen, bevor sie sich zu weit verbreiteten Problemen entwickeln. Wie Aranda Tooling betont, kombiniert der ideale Anbieter von Metallprägedienstleistungen Maschinen, kundenspezifische Fertigungsmöglichkeiten und umfangreiches Fachwissen, um die Projektziele zu erreichen.

Das Verständnis dieses vollständigen Arbeitsablaufs zeigt, warum das Stanzen sich besonders für die Serienfertigung eignet – sobald das System justiert ist, liefert es bemerkenswerte Konsistenz Teil für Teil. Doch welcher Pressentyp ist für Ihre konkrete Anwendung geeignet? Genau das werden wir im Folgenden untersuchen.

Stanzenpressen-Typen und ihre idealen Einsatzgebiete

Sie haben Ihr Bauteil entworfen und den Arbeitsablauf festgelegt – doch welche Stanzpresse soll Ihr Metall tatsächlich umformen? Diese Frage stellt viele Hersteller vor Probleme, da die Antwort unmittelbare Auswirkungen auf die Produktionsgeschwindigkeit, die Bauteilqualität und die langfristigen Kosten hat. Wir erläutern die drei wichtigsten Pressentypen, damit Sie die richtige Maschine für Ihre spezifischen Anforderungen auswählen können.

Was ist eine Stanzpresse im Kern? Sie ist die Leistungsquelle, die kontrollierte Kraft bereitstellt, um metall in die Werkzeughohlräume zu pressen . Doch nicht alle Stanzpressen arbeiten nach demselben Prinzip. Jeder Typ – mechanisch, hydraulisch und servogetrieben – nutzt unterschiedliche Mechanismen, um diese Kraft zu erzeugen und zu steuern. Das Verständnis dieser Unterschiede hilft Ihnen, teure Fehlanpassungen zwischen Maschine und Anwendung zu vermeiden.

Mechanische Pressen für die Hochgeschwindigkeitsproduktion

Wenn Geschwindigkeit Ihre Priorität ist, sind mechanische Pressen oft die beste Wahl. Diese Maschinen nutzen einen Elektromotor, um Energie zu erzeugen, die auf ein massives Schwungrad übertragen und dort gespeichert wird. Dieses Schwungrad treibt das Stanz- und Presssystem über einen Kurbelwellenmechanismus an und wandelt dabei Rotationsenergie in die lineare Bewegung um, die den Stößel antreibt.

Warum bevorzugen Hersteller mechanische Metallstanzpressen für Hochvolumen-Arbeiten? Die Antwort liegt in ihrem Funktionsprinzip: Das Schwungrad speichert Rotationsenergie und gibt kontrollierte Energiemengen ab, um schnelle, gleichmäßige Hubbewegungen zu ermöglichen. Laut Sangiacomo Presses überzeugen mechanische Pressen durch höhere Betriebsgeschwindigkeiten im Vergleich zu Servopressen und sind daher besonders vorteilhaft für Großserienfertigung, bei der jede Sekunde Produktionszeit zählt.

Zu den wesentlichen Vorteilen mechanischer Stanzpressen zählen:

• Außergewöhnliche Geschwindigkeit: Kontinuierliche, schnelle Zyklen gewährleisten eine hohe Ausbringung bei sich wiederholenden Fertigungsaufgaben
• Verlässlichkeit und Haltbarkeit: Jahrzehntelang bewährte Technologie mit robuster Konstruktion, die unerwartete Ausfälle minimiert
• Rohleistung: Die Nennkraft reicht typischerweise von 20 Tonnen bis zu 6.000 Tonnen und ermöglicht müheloses Bewältigen anspruchsvoller Aufgaben
• Kosten-Effektivität: Geringere Anschaffungskosten und einfachere Wartung im Vergleich zu Servo-Alternativen

Mechanische Pressen weisen jedoch Einschränkungen auf: Sie bieten eine geringere Flexibilität hinsichtlich Hublänge und Profil. Das Schwungrad läuft während des gesamten Presszyklus kontinuierlich, was zu einem höheren Energieverbrauch führt. Zudem arbeiten sie in der Regel mit höheren Geräuschpegeln, was möglicherweise zusätzliche Arbeitsschutzmaßnahmen erforderlich macht.

Vorteile hydraulischer Pressen bei komplexen Umformprozessen

Wenn Ihre Anwendung variable Kraft und Tiefziehfähigkeit erfordert, rücken hydraulische Pressen ins Rampenlicht. Diese Maschinen arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip – sie erzeugen die Kraft mittels unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit statt mittels eines kinetischen Schwungrads.

Die Grundkonfiguration besteht aus zwei miteinander verbundenen Zylindern: einem großen Zylinder mit großem Volumen, der als „Ramme“ bezeichnet wird, und einem kleineren Zylinder mit geringem Volumen, der als „Stößel“ bezeichnet wird. Wenn Hydraulikflüssigkeit von der Ramme zum Stößel fließt, steigt der Innendruck stark an. Gemäß Spie , kann dieses System bis zu etwa 10.000 Tonnen Metallstanzkraft liefern.

Wodurch eignet sich eine hydraulisch betriebene Stahlstanzpresse besonders für komplexe Umformungen? Berücksichtigen Sie diese Vorteile:

• Volle Kraft über die gesamte Hublänge: Im Gegensatz zu mechanischen Pressen, deren Kraft an bestimmten Punkten ihr Maximum erreicht, halten hydraulische Systeme einen konstanten Druck aufrecht.
• Überlegene Tiefziehfähigkeit: Die gesteuerte, variabel einstellbare Kraft eignet sich hervorragend zur Umformung komplexer Querschnitte.
• Flexibilität bei schweren Werkstoffen: Bevorzugt für die Verarbeitung dickerer oder hochfester Metalle.
• Einstellbare Kraftapplikation: Bediener können den Druck je nach den Anforderungen des Materials feinjustieren

Der Kompromiss? Hydraulische Pressen arbeiten langsamer als ihre mechanischen Pendants. Doch bei Anwendungen, die komplizierte gestanzte Metallteile oder erhebliche Werkstoffverformung erfordern, überwiegen diese Konsistenz und Anpassungsfähigkeit oft die Geschwindigkeitsaspekte.

Servopresstechnologie und programmierbare Steuerung

Stellen Sie sich vor, man kombiniert mechanische Geschwindigkeit mit hydraulischer Präzision – genau das leistet im Wesentlichen die Servopresstechnologie. Diese fortschrittlichen Maschinen verwenden leistungsstarke Servomotoren anstelle von Schwungrädern und bieten damit eine bislang ungekannte Kontrolle über den Stanzprozess.

Was unterscheidet eine Metallstanzpresse mit Servotechnologie? Der Servomotor steuert die Bewegung des Stößels direkt und ermöglicht so Echtzeit-Anpassungen von Hublänge und Geschwindigkeit je nach aktueller Aufgabe. Eine Software steuert den Motor und erlaubt Modifikationen während des Betriebs, die mechanische Systeme schlicht nicht bieten können.

Laut Eigen Engineering eignen sich Servopressen hervorragend für Aufgaben, die höchste Genauigkeit erfordern, wie etwa in der Elektronik-, Medizintechnik- oder Hochleistungs-Metallstanzbranche. Zudem ermöglichen sie schnelle Einstellungsanpassungen und sind daher ideal für Fertigungsbetriebe mit wechselnden Anforderungen.

Die herausragenden Vorteile umfassen:

• Präzision und Kontrolle: Hochgradig programmierbare Hubprofile mit einstellbarer Bewegung, Geschwindigkeit und Position an jedem Punkt
• Energieeffizienz: Der Energieverbrauch erfolgt ausschließlich während des eigentlichen Stanzvorgangs, nicht kontinuierlich
• Vielseitigkeit: Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Materialien, Dicken und Umformanforderungen ohne physische Anpassungen
• Kürzere Rüstzeiten: Gespeicherte Programme können sofort abgerufen werden – ideal für Produktionsumgebungen mit hoher Variantenvielfalt
• Maximale Kraftflexibilität: Möglichkeit, die maximale Presskraft an jedem beliebigen Punkt innerhalb des Arbeitszyklus abzugeben

Die Nachteile? Eine höhere Anfangsinvestition und aufwendigere Wartungsanforderungen. Diese Maschinen setzen bei den Bedienern ein höheres technisches Fachwissen sowie spezialisiertes Know-how sowohl für mechanische als auch für Softwarekomponenten voraus.

Vergleich der Pressentypen auf einen Blick

Die Auswahl zwischen diesen Optionen erfordert die Abwägung mehrerer Faktoren im Hinblick auf Ihre spezifischen Produktionsanforderungen. Der folgende Vergleich hilft dabei, den für unterschiedliche betriebliche Prioritäten geeigneten Pressentyp zu identifizieren:

Faktor	Mechanische Presse	Hydraulische Presse	Servopresse
Drehzahlfähigkeit	Höchste (schnelle, kontinuierliche Zyklen)	Langsamste (kontrolliert, stetig)	Mittel bis hoch (programmierbar)
Kraftbereich	20 bis 6.000 Tonnen	Bis zu 10.000 Tonnen	Je nach Modell variierend; volle Kraft an jedem Hubpunkt
Präzisionsstufe	Konstantes, aber festes Profil	Gut mit variabler Steuerung	Hervorragend (vollständig programmierbar)
Energieverbrauch	Höher (kontinuierlicher Schwungradbetrieb)	- Einigermaßen	Niedriger (strombedarfsgesteuerte Leistungsnutzung)
Beste Anwendungen	Hochvolumige, sich wiederholende Produktion; fortschreitende und Transferoperationen	Tiefziehen; schwere Werkstoffe; komplexe Umformung	Produktion mit hoher Variantenvielfalt; Präzisionsteile; Elektronik- und Medizinkomponenten
Anfangskosten	Niedriger	- Einigermaßen	Höher
Wartungskomplexität	Geradezu	- Einigermaßen	Komplex (erfordert spezialisiertes Fachwissen)

Wie beeinflusst die Pressenauswahl die Teilqualität? Die Beziehung ist unmittelbar. Mechanische Pressen liefern bei einfachen, sich wiederholenden Operationen konsistente Ergebnisse, weisen jedoch bei komplexen Geometrien eine eingeschränkte Flexibilität auf. Hydrauliksysteme zeichnen sich besonders bei Teilen aus, die eine konstante Druckausübung oder einen erheblichen Werkstofffluss erfordern. Servopressen bieten die erforderliche Präzision für enge Toleranzen und komplexe Merkmale.

Die erforderliche Pressen-Tonnage beeinflusst ebenfalls Ihre Wahl. Wählen Sie eine zu schwache Presse, so führt dies zu unvollständiger Umformung oder übermäßigem Werkzeugverschleiß. Wählen Sie hingegen eine zu leistungsstarke Presse, verschwenden Sie Kapital für ungenutzte Kapazität. Die Abstimmung der Pressenleistung auf Ihre spezifischen Teil-Anforderungen gewährleistet optimale Ergebnisse ohne unnötige Kosten.

Nachdem die Auswahl der Presse geklärt ist, stellt sich die nächste logische Frage: Welche Umformverfahren werden diese Maschinen ausführen? Wir betrachten die neun wesentlichen Verfahren, mit denen sich flaches Metall in funktionale Komponenten umwandeln lässt.

Neun wesentliche Umformverfahren und ihr jeweiliger Einsatzzeitpunkt

Sie haben Ihre Presse ausgewählt und Ihren Workflow abgebildet – doch welche Stanztechnik formt tatsächlich Ihr Bauteil? Die Antwort hängt davon ab, was Sie erreichen möchten. Jede Methode wendet die Kraft unterschiedlich an und erzeugt dadurch jeweils charakteristische Ergebnisse – von einfachen Ausschnitten bis hin zu komplexen dreidimensionalen Formen. Lassen Sie uns die neun zentralen Techniken erkunden, auf die Hersteller täglich vertrauen, sowie die ingenieurtechnischen Prinzipien, die jede einzelne zum Funktionieren bringen.

Bevor wir auf die Einzelheiten eingehen, hier zunächst ein kurzer Überblick über die Techniken, die wir behandeln werden:

• Ausschneiden: Schneiden flacher Formen aus Blech zur Herstellung von Werkstücken
• Stanzen: Stanzen von Löchern und inneren Merkmalen in Blechplatten
• Biegen: Biegen von Winkeln und Kurven entlang einer linearen Achse
• Prägen: Anwenden extremen Drucks zur Erzeugung feiner Details und präziser Abmessungen
• Prägen: Erheben oder Vertiefen von Mustern auf Metalloberflächen
• Falzen: Kantenbiegen unter einem Winkel für Montage oder Verstärkung
• Zeichnung: Ziehen von Metall in tiefe Hohlräume zur Ausbildung hohler Formen
• Stufenstanzung: Durchführen mehrerer Operationen nacheinander, während das Material durch Stationen weitertransportiert wird
• Transfer-Die-Stanzen: Bewegen getrennter Teile zwischen unabhängigen Arbeitsstationen

Zu verstehen, wann jede Technik anzuwenden ist – und ihre Grenzen zu erkennen – macht erfolgreiche Projekte von kostspieligen Fehlschlägen unterscheidbar. Wir betrachten nun jede Methode im Detail.

Ausschneiden und Stanzen für präzise Ausschnitte

Was geschieht als Erstes, wenn rohes Blech in eine Stanzoperation eingebracht wird? Üblicherweise wird es zugeschnitten. Das Ausschneiden (Blanking) und das Stanzen (Piercing) stellen die beiden wichtigsten Schneidetechniken dar; obwohl sie sich ähnlich anhören, verfolgen sie entgegengesetzte Zwecke.

Aushämmen beinhaltet das Ausschneiden einer flachen Form aus einer größeren Blechtafel – das entfernte Stück wird Ihr Werkstück. Stellen Sie sich dies wie die Verwendung eines Keksausstechers vor, bei dem Sie den Keks behalten und den umgebenden Teig wegwerfen. Gemäß Tuling Metal ist das Ausschneiden (Blanking) der erste Schritt bei Metallstanzvorgängen, bei dem das Außenprofil der gestanzten Metallkomponente aus Gründen der Handhabung geschnitten wird. Dieses Beispiel einer Stanzoperation schafft die Grundlage für alle nachfolgenden Umformprozesse.

Beim Stanzen von Metall ohne Prägung beruht das technische Prinzip auf der Scherkraft. Ein Stempel senkt sich in eine passende Matrizenhöhle ab, wobei das Metall sauber entlang der Schneidkante bricht. Der Spalt zwischen Stempel und Matrize – als „Spiel“ bezeichnet – beeinflusst entscheidend die Kantenqualität. Ein zu geringes Spiel führt zu übermäßigem Werkzeugverschleiß; ein zu großes Spiel erzeugt raue, gratige Kanten.

Durchstoßen kehrt die Vorgehensweise um. Hier werden Löcher oder Schlitzungen in das Blech gestanzt, wobei die entfernten Materialstücke („Slugs“) als Ausschuss anfallen. Das Werkstück bleibt das gelochte Blech. Stanzwerkzeuge zum Durchstechen bestehen üblicherweise aus hochlegiertem Kohlenstoffstahl und erfordern eine regelmäßige Wartung, um die Präzision beim Schneiden zu gewährleisten. Zu den Varianten zählen das Lanchen (Schneiden von Teilumrissen), das Schaben (Verbesserung der Kantenoberfläche) und das Nibbeln (Erzeugen komplexer Formen durch überlappende Schnitte).

Wichtige Aspekte bei Trennoperationen:

• Der Mindestdurchmesser von Löchern sollte bei duktilen Werkstoffen wie Aluminium mindestens das 1,2-Fache der Materialdicke betragen.
• Bei hochfesten Materialien wie Edelstahl die Mindestdurchmesser auf das Zweifache der Blechdicke erhöhen
• Der Abstand von der Kante zum Merkmal sollte mindestens das Zweifache der Materialdicke betragen, um Verzug zu vermeiden
• Beim Stanzen entstehen raue Kanten, die einer Entgratung oder einer nachfolgenden Nachbearbeitung bedürfen

Vergleich verschiedener Biege- und Umformtechniken

Sobald Ihr Zuschnitt geschnitten ist, verwandelt das Biegen flaches Metall in dreidimensionale Formen. Das Biegen ist jedoch keine einzelne Technik – es handelt sich vielmehr um eine Familie verwandter Verfahren, von denen jedes für spezifische Anwendungen geeignet ist.

Standardbiegung besteht darin, das Metall über einen Matrizenstempel zu legen, während ein Stößel gegen den Zuschnitt drückt, um die gewünschten Winkel zu erzeugen. Je nach Geometrie der Matrize treten L-Biegungen, U-Biegungen und V-Biegungen auf. Die technische Herausforderung besteht in der elastischen Rückfederung: Metall besitzt einen elastischen Anteil, der dazu führt, dass es sich nach Wegnahme der Last teilweise wieder in seine ursprüngliche Form zurückverformt. Erfahrene Konstrukteure kompensieren dies durch eine leicht überzogene Biegung.

Luftbiegen bietet eine kostengünstige Alternative. Der Stempel stößt nicht vollständig gegen die Matrize, wodurch ein Luftsprung unter dem Material verbleibt. Dieser Ansatz erfordert eine geringere Presskraft und eliminiert die Notwendigkeit für passgenaue Werkzeuge; allerdings wird das Erreichen enger Toleranzen erschwert. Die Winkelgenauigkeit hängt von einer präzisen Steuerung des Spielraums ab.

Kalibrieren (auch als Prägebegriffung bezeichnet) drückt das Blech mit hoher Kraft vollständig in eine passgenaue V-Matrize hinein. Im Gegensatz zur Luftbegriffung erzeugt die Prägebegriffung dauerhafte, präzise Biegungen mit minimalem Federrücklauf. Der Nachteil? Sie ermöglicht ausschließlich V-förmige Biegungen und erfordert deutlich höhere Presskräfte.

Flanschen spezialisiert sich auf das Biegen kleiner Werkstückkanten in gekrümmten Winkeln. Diese abgekanteten Kanten schaffen Verbindungspunkte zum Zusammenfügen von Baugruppen. Hersteller setzen das Abkanten ein, wenn hohe Genauigkeit entlang gekrümmter Oberflächen erforderlich ist.

Kritische Aspekte beim Biegen:

• Das Biegen steifer Metalle mit geringer Plastizität birgt das Risiko von Rissen – insbesondere dann, wenn die Biegungen parallel zur Faserrichtung verlaufen.
• Führen Sie die Biegeoperationen nach den Tiefziehvorgängen durch, um Spannungskonzentrationsfehler zu vermeiden
• Halten Sie für scharfe Ecken einen minimalen Biegeradius von mindestens dem 0,5-Fachen der Materialdicke ein
• Geben Sie bei der Stanzung von 90-Grad-Winkeln eine Toleranzabweichung von 1 Grad zu

Prägen und Prägeprägung für Oberflächendetails

Benötigen Sie feine Details, präzise Abmessungen oder dekorative Muster? Prägen und Prägeprägung liefern Oberflächenmodifikationen, die mit anderen Verfahren nicht erzielbar sind.

Prägen steht für Kaltumformung in ihrer höchsten Präzision. Zwei Werkzeugteile pressen das Blech gleichzeitig von beiden Seiten unter extremem Druck zusammen, wodurch das Material in jedes Detail des Werkzeugs fließt. Bei der Prägung von Blech entstehen dabei feine Strukturen mit minimaler Materialverlagerung. Die resultierenden Oberflächen weisen eine erhöhte Beständigkeit gegenüber Schlag- und Abriebbeanspruchung auf – was auch erklärt, warum diese Methode tatsächlich bei der Münzprägung eingesetzt wird. Das Prägen von Stahl oder anderen Metallen erfolgt typischerweise als Nachbearbeitungsschritt nach Abschluss der Hauptumformung.

Ausdruck erzeugt erhabene oder vertiefte Muster auf Metalloberflächen. Ein blankes Blech wird gegen einen Stempel mit den gewünschten Mustern gepresst, wodurch diese Designs auf das Werkstück übertragen werden. Das Ergebnis? Ein dreidimensionaler Effekt, der visuelles Interesse weckt oder funktionale Merkmale wie Griffmuster hinzufügt. Aluminium eignet sich besonders gut für Prägeanwendungen aufgrund seiner ausgezeichneten Duktilität und Bearbeitbarkeit.

Der entscheidende Unterschied? Beim Prägen erfolgt die Kompression von beiden Seiten mit erheblichem Materialfluss, während beim Prägeprägen üblicherweise nur von einer Seite her eine Oberflächenreliefbildung erzielt wird.

Tiefziehen für hohle und tiefe Formen

Wie stellen Hersteller hohle Teile wie Becher, Dosen oder Gehäuse her? Beim Tiefziehen wird das Blech in die Hohlräume von Werkzeugen gezogen und so aus flachem Ausgangsmaterial dreidimensionale Formen gebildet.

Standard-Tiefziehen verwendet einen Stempel, dessen Querschnitt mit dem der Matrize übereinstimmt. Während der Stempel abwärts bewegt wird, zieht er das Blech in die Tiefe der Matrize und formt das Material entlang des Stempelprofils. Diese Stanz- und Pressetechnik erzeugt Bauteile mit dünnen Wänden und unregelmäßigen Formen, wobei die Genauigkeit jedoch geringer bleibt als bei Alternativen zum Tiefziehen.

Tief zu ziehen führt dies weiter. Hier übersteigt die Tiefe des gezogenen Teils dessen Durchmesser – wodurch Höhen-zu-Breiten-Verhältnisse von 2:1 oder sogar 3:1 erreicht werden. Diese Technik fertigt vielseitige Komponenten mit komplexen Details und außergewöhnlicher Genauigkeit her. Das Tiefziehen stellt eine kostengünstige Alternative zu Drehprozessen für hohle zylindrische Teile dar.

Tiefziehvorgänge erfordern besondere Aufmerksamkeit bei:

• Haltekrraft des Blankhalters – unzureichender Druck führt zu Faltenbildung, da das Material ungleichmäßig fließt
• Schmierung – verringert die Reibung zwischen Matrizenoberflächen und Werkstoff
• Werkstoffauswahl – duktile Metalle wie Aluminium und kohlenstoffarmer Stahl lassen sich leichter ziehen
• Mehrstufige Reduzierungen bei extremen Tiefe-zu-Durchmesser-Verhältnissen

Stufenweise Tiefzieh- und Stanzbearbeitung für komplexe Teile

Was geschieht, wenn Ihr Teil mehrere Bearbeitungsschritte erfordert – wie Ausschneiden, Stanzen, Biegen und Umformen? Die Durchführung separater Durchläufe durch verschiedene Werkzeuge verschwendet Zeit und führt zu Ausrichtungsfehlern. Die stufenweise Stanzbearbeitung löst dieses Problem, indem sie mehrere Operationen in einer einzigen automatisierten Abfolge kombiniert.

Bei der stufenweisen Stanzbearbeitung wird eine Metallbandspule durch eine Reihe von Stationen innerhalb eines einzigen Werkzeugsets geführt. Jede Station führt beim Vorwärtstransport des Bandes eine spezifische Bearbeitung aus. Laut Larson Tool werden stufenweise Werkzeuge für die Serienfertigung komplexer Teile konzipiert und arbeiten über sequenzielle Stationen, an denen jeweils eine bestimmte Operation am Werkstück während seines Transports durch die Presse ausgeführt wird.

Die ingenieurtechnische Meisterleistung? Führungsbolzen sorgen für eine präzise Ausrichtung jeder Operation, wodurch die Genauigkeit während des Fortschreitens des Metallbands gewährleistet wird. Das fertige Teil trennt sich an der letzten Station vom Trägerband, während unmittelbar danach ein neuer Abschnitt die erste Station betritt. Keine Unterbrechungen, keine Neupositionierung – nur kontinuierliche Fertigung.

Vorteile des Stufenwerkzeugs umfassen:

• Automatisierter, kontinuierlicher Betrieb ohne manuelle Eingriffe
• Präzise Ausrichtung durch Führungsbolzen und Positionierstifte
• Hochgeschwindigkeitsfertigung, geeignet für große Aufträge wiederholbarer Teile
• Verringerte Handhabung und damit verbundene Qualitätsrisiken

Die Einschränkung? Höhere Anfangsinvestitionen für Werkzeuge aufgrund des komplexen, mehrstationären Werkzeugdesigns. Stufenwerkzeuge erfordern sorgfältige Planung und präzise Konstruktion, doch die Kosten pro Teil sinken mit steigender Losgröße deutlich.

Transfer-Stanzverfahren für große Komponenten

Das fortschrittliche Stanzen funktioniert hervorragend – bis Ihre Teile zu groß sind oder Bearbeitungsschritte erfordern, die sich nicht linear sequenzieren lassen. Das Transferstanzen löst diese Herausforderungen, indem das Werkstück bereits zu Beginn statt am Ende vom Metallband getrennt wird.

Bei Transferoperationen bewegen mechanische Systeme einzelne Teile zwischen unabhängigen Arbeitsstationen. Im Gegensatz zu fortlaufenden Werkzeugen, bei denen das Band die Teile vorwärts transportiert, verlagern Transfersysteme jedes Teil physisch. Dieser Ansatz reduziert den Metallabfall erheblich, da kein Trägerband die Stationen miteinander verbindet.

Das Transferstanzen eignet sich besonders gut zur Herstellung von:

• Großen oder komplexen Teilen, die in fortlaufende Werkzeuge nicht passen
• Komponenten, die Bearbeitungsschritte aus mehreren Winkeln erfordern
• Rohr- und Tiefziehanwendungen
• Teilen mit Gewinden, Rillen oder Knöpfen

Da Transfersysteme eine oder mehrere unabhängige Werkzeuge ermöglichen, können die Werkzeugkosten im Vergleich zu komplexen progressiven Anlagen tatsächlich sinken. Die anspruchsvollen Transfermechanismen erfordern jedoch regelmäßige Wartung, um Fehlausrichtungen oder Teilefehler zu vermeiden.

Kaltumformung vs. Warmumformung: Praktische Auswirkungen

Die meisten Umformvorgänge erfolgen bei Raumtemperatur – dies ist die Kaltumformung. Doch wann sollten Sie stattdessen das Warmstanzen in Betracht ziehen?

Kaltes Wälzen steht für die Standardpraxis. Das mechanische Profil des Metalls bleibt während der gesamten Verarbeitung konstant. Zu den Vorteilen zählen einfachere Maschinen, geringere Energiekosten und eine ausgezeichnete Oberflächenqualität. Allerdings erfordert die Kaltumformung eine höhere Presskraft, da sich Metall bei Raumtemperatur stärker der Verformung widersetzt.

Warmstempel erhitzt Metall vor der Umformung und verändert dessen Mikrostruktur. Bei niedrigen Temperaturen existieren Metallkristalle in härteren, spröderen Orientierungen. Durch Erhitzen werden sie in weichere, duktilere Phasen umgewandelt – wodurch der zur Verformung erforderliche Druck reduziert wird. Nach der Umformung bewirkt das Abschrecken des heißen Teils eine martensitische Struktur, die Härte und Festigkeit erhöht.

Praktische Implikationen:

Faktor	Kaltes Wälzen	Warmstempel
Erforderliche Kraft	Höher	Niedriger
Oberflächenbearbeitung	Exzellent	Kann sekundäre Nachbearbeitung erfordern
Materialstärke	Bis zu etwa 76 mm mit speziellen Matrizen	Besser geeignet für dickere Materialien
Teilefestigkeit	Entspricht der Festigkeit des Grundwerkstoffs	Kann durch Wärmebehandlung verbessert werden
Energieverbrauch	Niedriger	Höher (Erhitzen erforderlich)
Komplexität	Einfachere Prozesssteuerung	Erfordert Temperaturmanagement

Beim Heißprägen entstehen Bauteile, die hohe Stoßenergie absorbieren, ohne zu brechen – wodurch dieses Verfahren ideal für sicherheitsrelevante Automobilkomponenten ist. Die Kaltumformung bleibt aufgrund ihrer Einfachheit und Kosteneffizienz die Standardmethode für die meisten Anwendungen.

Die Auswahl der richtigen Technik – oder einer Kombination aus Techniken – hängt von der Geometrie Ihres Bauteils, den Materialeigenschaften und Ihren Fertigungsanforderungen ab. Selbst eine perfekte Wahl der Technik kann jedoch schlechte Materialentscheidungen nicht kompensieren. Deshalb ist das Verständnis der Umformbarkeitsfaktoren genauso wichtig wie die Beherrschung der Verfahren selbst.

Materialauswahl und Umformbarkeitsfaktoren

Sie beherrschen die Techniken – aber kann das von Ihnen gewählte Material diese tatsächlich bewältigen? Diese Frage trennt erfolgreiche Stanzprojekte von kostspieligen Fehlschlägen. Die Auswahl falscher Materialien für die Metallstanzung führt zu Rissen in den Bauteilen, übermäßigem Werkzeugverschleiß und Produktionsverzögerungen, die die Gewinnmargen schmälern. Wir untersuchen, wie sich die Materialeigenschaften unmittelbar auf das auswirken, was Sie im Stanzprozess erreichen können.

Stellen Sie sich die Stanzeignung als die »Bereitschaft« eines Materials zum Umformen vor. Einige Metalle fließen mühelos in komplexe Formen, während andere der Verformung widerstehen oder unter Spannung reißen. Das Verständnis dieser Eigenschaften hilft Ihnen dabei, das geeignete Metall für die Stanzung an Ihre spezifischen Anwendungsanforderungen anzupassen – unter Abwägung von Umformbarkeit, Festigkeit, Kosten und Leistung im Endanwendungsbereich.

Stahlsorten und ihre Stanzcharakteristika

Stahl bleibt das Arbeitstier der Metallstanzung, doch nicht alle Stahlsorten weisen gleiche Leistungsmerkmale auf. Der entscheidende Unterschied? Der Kohlenstoffgehalt und die Legierungselemente.

Niedriglegierter Stahl (0,05 % bis 0,3 % Kohlenstoff) bietet hervorragende Umformbarkeit und Kosteneffizienz. Laut Pans CNC zeichnen sich kohlenstoffarme Stähle durch gute Schweißbarkeit, Duktilität und Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Kosteneffizienz aus. Gängige Sorten wie 1008, 1010 und 1018 lassen sich ohne Rissbildung tiefziehen, biegen und in progressiven Werkzeugen verarbeiten. Der Nachteil? Geringere Härte und eine erhöhte Korrosionsanfälligkeit erfordern für viele Anwendungen Schutzbeschichtungen.

Edelstahl-Metal Stamping führt Chrom, Nickel und Molybdän ein, um korrosionsbeständige Legierungen zu erzeugen. Die 300er-Serie (austenitisch) bietet überlegenen Korrosionsschutz und hohe Duktilität, weist jedoch hohe Verfestigungsraten auf – das heißt, das Material wird beim Bearbeiten zunehmend härter und widerstandsfähiger gegenüber Verformung. Die 400er-Serie (ferritisch) bietet gute Umformbarkeit bei geringerer Verfestigung und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen Korrosionsbeständigkeit wichtig ist, extreme Duktilität jedoch nicht erforderlich ist.

Wichtige Aspekte beim Stanzen von Edelstahl:

• 304-Edelstahl bietet eine Zugfestigkeit ≥515 MPa bei ausgezeichneter Beständigkeit gegen Salzsprühnebel (≥48 Stunden)
• Im Vergleich zu Kohlenstoffstahl sind höhere Umformkräfte erforderlich – rechnen Sie mit 50 % bis 100 % mehr Presskraft
• Die Verfestigung während der Umformung beschleunigt den Werkzeugverschleiß und erfordert härtere Werkstoffe für die Werkzeuge
• Ideal für medizinische Geräte, Lebensmittelverarbeitung und Ladeanschlüsse für Fahrzeuge

Galvanisierte Stahl<br> kombiniert die Umformbarkeit von Kohlenstoffstahl mit dem Korrosionsschutz einer Zinkbeschichtung. Bei einer Zinkschichtdicke ≥8 μm bieten diese Werkstoffe einen grundlegenden Rostschutz zu geringeren Kosten als Edelstahlalternativen. Laut Tenral eignet sich verzinkter Stahl für strukturelle Bauteile, bei denen Kostensensitivität und kurzfristiger Rostschutz im Vordergrund stehen, beispielsweise für Fahrgestellhalterungen neuer Energiefahrzeuge und Steuerpaneele für Haushaltsgeräte.

Berücksichtigungen beim Aluminium-Stanzen

Wenn Gewichtsreduzierung entscheidend ist, bietet das Stanzen von Aluminium klare Vorteile. Mit einer Dichte von nur 2,7 g/cm³ – etwa einem Drittel der Dichte von Stahl – reduzieren gestanzte Aluminiumkomponenten das Produktgewicht deutlich, ohne dabei die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen.

Doch Aluminium ist kein einheitliches Material – es ist eine Familie von Legierungen mit unterschiedlichen Eigenschaften:

• 1100er-Serie (reines Aluminium): Ausgezeichnete Duktilität für tiefgezogene Komponenten; geringste Festigkeit
• 3003 und 5052: Gutes Verhältnis von Festigkeit und Umformbarkeit für allgemeine Anwendungen
• 5083:Höhere Festigkeit bei guter Korrosionsbeständigkeit für maritime und konstruktive Anwendungen
• 6061:Wärmebehandelbar für strukturelle, gestanzte Teile mit erhöhter Festigkeitsanforderung

Nach LS Rapid Prototyping , bietet Aluminium hohe mechanische Festigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig korrosionsbeständigen und ungiftigen Eigenschaften. Bei der Präzisionsbearbeitung sind keine zusätzlichen Beschichtungen erforderlich, obwohl die Eloxierung das Erscheinungsbild verbessert und die Korrosionsbeständigkeit weiter erhöht.

Die Stanzung von Aluminium birgt jedoch Herausforderungen. Die geringere Zugfestigkeit des Werkstoffs (110–500 MPa je nach Legierung) erfordert besondere Sorgfalt hinsichtlich der Umformgrenzen. Kaltverschweißung – bei der sich Aluminium an den Matrizenoberflächen festsetzt – erfordert spezielle Schmierstoffe und gegebenenfalls Oberflächenbehandlungen der Werkzeuge.

Kupfer und Messing: Leitfähigkeitschampions

Wenn elektrische oder thermische Leitfähigkeit Ihre Konstruktion bestimmt, sollten Kupfer-Stanzteile und Messing-Alternativen in Betracht gezogen werden.

Kupfer bietet eine Leitfähigkeit von bis zu 98 % und ist daher für elektrische Kontakte, Stromschienen und Wärmeübertragungskomponenten unverzichtbar. Sorten wie C101 und C110 zeichnen sich durch hervorragende Umformbarkeit bei Kaltumformverfahren aus. Laut Tenral lässt sich Kupfer problemlos zu Mikrokontakten stanzen, wodurch es sich besonders für SIM-Karten-Splitter und Anschlussklemmen industrieller Sensoren eignet.

Die natürlichen antimikrobiellen Eigenschaften von Kupfer steigern dessen Wert für medizinische Anwendungen und die Lebensmittelverarbeitung. Aufgrund seiner Dichte von 8,9 g/cm³ stellt jedoch das Gewicht bei tragbaren Produkten einen Aspekt dar, der berücksichtigt werden muss.

Messing (Kupfer-Zink-Legierung) bietet eine kostengünstige Alternative, wenn die Leitfähigkeit von reinem Kupfer nicht entscheidend ist. Messing H62 weist eine Härte von HB ≥ 80 bei ausgezeichneter Bearbeitbarkeit auf – häufig ist nach dem Stanzen keine Nachbearbeitung erforderlich. Aufgrund seiner Duktilität lässt es sich in komplexe Biegungen und enge Bogenradien umformen, was andere Materialien vor große Herausforderungen stellen würde.

Messing-Stanzteile kommen üblicherweise zum Einsatz in:

• Mechanismen für intelligente Türschlösser
• Verbindungsstücken für die Automobil-Klimaanlage
• Elektrische Anschlüsse und Verbinder
• Zierbeschläge und architektonische Elemente

Wie sich Materialeigenschaften auf die Werkzeugkonstruktion auswirken

Ihre Materialwahl wirkt sich unmittelbar auf die Werkzeuganforderungen aus. Ein Verständnis dieses Zusammenhangs verhindert teure Fehlanpassungen zwischen Werkzeugen und Metallen.

VERFORMBARKEIT misst, wie stark sich ein Material vor dem Bruch dehnen kann. Hochduktilen Materialien wie Aluminium und Messing vertragen aggressive Umformprozesse. Metalle mit geringer Duktilität erfordern größere Biegeradien und schonendere Umformsequenzen, um Rissbildung zu vermeiden.

Zugfestigkeit zeigt den Widerstand gegen das Auseinanderziehen an. Materialien mit höherer Festigkeit erfordern eine größere Pressenkraft und härtere Werkzeugmaterialien. Die hohe Zugfestigkeit des Edelstahls (≥ 515 MPa) erklärt, warum für dessen Umformung deutlich mehr Umformkraft erforderlich ist als bei Weichstahl.

Kaltverfestigung beschreibt, wie sich Materialien während der Verformung verfestigen. Austenitischer Edelstahl verfestigt sich durch Kaltverformung besonders stark – der erste Umformvorgang erschwert die nachfolgenden Umformgänge. Die Werkzeuge müssen diese progressive Verfestigung durch geeignete Spielweiten und Umformsequenzen berücksichtigen.

Dicke beeinflusst nahezu jeden Aspekt der Werkzeugkonstruktion. Dickere Materialien erfordern größere Werkzeugschneidenspiele, höhere Pressenkraft und robustere Werkzeugausführungen. Die minimalen Merkmalsgrößen skalieren proportional – ein Loch, das für Aluminium mit einer Dicke von 0,5 mm geeignet ist, funktioniert bei Stahl mit einer Dicke von 2 mm ohne Anpassungen nicht.

Materialvergleich auf einen Blick

Die Auswahl des optimalen Materials erfordert eine Abwägung mehrerer Faktoren im Hinblick auf die Anforderungen Ihrer Anwendung. Dieser Vergleich fasst die wichtigsten Eigenschaften zusammen, um Ihre Entscheidung zu unterstützen:

Materialtyp	Zugfestigkeit (MPa)	Dichte (g/cm³)	Stanzbarkeitsbewertung	Typische Anwendungen	Wichtige Überlegungen
Niedriglegierter Stahl	≥375	7.8	Exzellent	Automobilhalterungen, Geräteverkleidungen, Strukturkomponenten	Erfordert eine Beschichtung zum Korrosionsschutz; kostengünstigste Option
Edelstahl	≥515	7.9	Gut bis mäßig	Medizintechnik, Lebensmittelverarbeitung, Ladeanschlüsse	Hohe Kaltverfestigung; erfordert 50–100 % mehr Umformkraft
Aluminium	110-500	2.7	Exzellent	kühlkörper für 5G, Elektronikgehäuse, leichte Strukturteile	Gefahr von Kaltverschweißung; spezielle Schmierstoffe empfohlen
Kupfer	200-450	8.9	Gut	Elektrische Kontakte, Stromschienen, Wärmeaustauscher	Höchste Leitfähigkeit; höhere Materialkosten
Messing	300-600	8.5	Exzellent	Steckverbinder, dekorative Beschläge, Verriegelungsmechanismen	Kostengünstige Kupferalternative; einfach zu komplexen Formen umzuformen
Galvanisierte Stahl<br>	≥375	7.8	Exzellent	Fahrgestellhalterungen, Bedienfelder, Strukturteile	Grundlegender Korrosionsschutz; die Beschichtung kann bei starker Umformung abblättern

Das richtige Material ist nicht immer das festeste oder teuerste – es ist dasjenige, das Ihren Umformanforderungen, den Einsatzbedingungen und Ihrem Budget entspricht. Ein praxisnahes Beispiel verdeutlicht dies perfekt: Als ein Telekommunikationsunternehmen leichte Kühlkörper für 5G-Basisstationen mit einer Wärmeleitfähigkeit von ≥150 W/(m·K) benötigte, hätte reines Kupfer die Gewichtsgrenzen überschritten. Durch die Auswahl von Aluminiumlegierung 6061-T6 und Präzisionsstanzung konnten sie ihre Gewichtsvorgaben erreichen, gleichzeitig die Wärmeabfuhr-Effizienz um 25 % steigern und die Kosten um 18 % senken.

Die Werkstoffauswahl legt die Grundlage – doch selbst optimale Werkstoffentscheidungen können eine mangelhafte Werkzeugtechnik nicht kompensieren. Ein Verständnis der Grundlagen des Werkzeugdesigns stellt sicher, dass sich Ihr ausgewählter Werkstoff konsistent in hochwertige Bauteile verwandelt.

Grundlagen des Werkzeugdesigns und wesentliche Aspekte der Werkzeugtechnik

Sie haben das perfekte Material ausgewählt und Ihre Präge-Technik gewählt – doch was formt das Metall tatsächlich zu Präzisionsteilen? Die Antwort liegt in der Werkzeugform (dem Stanzwerkzeug). Dieses präzisionsgefertigte Werkzeug bestimmt alles – von der Kantenqualität bis hin zur Maßgenauigkeit – und doch vernachlässigen viele Hersteller dessen entscheidende Bedeutung. Das Verständnis von Stahlstanzwerkzeugen und deren Konstruktionsprinzipien unterscheidet stets erfolgreiche Fertigungsprozesse von solchen, die durch Qualitätsprobleme und unerwartete Ausfallzeiten beeinträchtigt werden.

Stellen Sie sich ein Stanzwerkzeug als die DNA Ihres fertigen Teils vor. Jedes Merkmal, jede Toleranz, jedes Oberflächenfinish geht auf die Art und Weise zurück, wie dieses Werkzeug konstruiert, gefertigt und gewartet wurde. Ein schlecht konstruiertes Werkzeug erzeugt Ausschuss. Ein gut gestaltetes Werkzeug, das gemäß einem ordnungsgemäßen Wartungsplan betrieben wird, liefert Millionen identischer Teile. Werfen wir einen Blick darauf, was den Unterschied ausmacht.

Wesentliche Komponenten von Stanzwerkzeugen und ihre Funktionen

Was befindet sich eigentlich in einer Stanzmaschine für Metall? Jede Werkzeugbaugruppe – egal ob einfach oder komplex – besteht aus grundlegenden Komponenten, die gemeinsam flaches Blech in fertige Teile umformen. Laut Dynamic Die Supply erfüllt jede dieser Komponenten im gesamten Werkzeug spezifische Funktionen:

• Die Block: Der weibliche Teil des Werkzeugs, der sich am unteren Ende der Baugruppe befindet. Er enthält die Löcher und Vorsprünge, die für die Umformung des Materials erforderlich sind – im Wesentlichen die Kavität, die die Form Ihres Bauteils definiert.
• Werkzeughalter: Stützt den Werkzeugblock und bleibt durch eine Unterlegscheibe (Bolster Plate) fest eingespannt. Diese Komponente gewährleistet, dass der Werkzeugblock während hochbelasteter Vorgänge exakt an seiner Position bleibt.
• Stempel: Der männliche Teil des Werkzeugs, der Kraft zum Schneiden oder Umformen des Werkstücks ausübt. Der Stempel besteht üblicherweise aus gehärtetem Stahl oder Hartmetall und fährt in die Kavität des Werkzeugblocks ein, um die gewünschte Form zu erzeugen.
• Stempelplatte: Stelle, an der das Stanzteil angebracht wird und die hydraulisch oder mechanisch angetrieben wird. Diese Platte überträgt die Presskraft direkt auf den Stempel.
• Abstreiferplatte: Stößt die geformten oder abgetrennten Teile nach jedem Hub vom Stempel ab. Ohne eine ordnungsgemäße Abstreifwirkung würden die Teile am Werkzeug haften bleiben und die Produktion blockieren.
• Führungsbolzen: Richten die beiden Hälften der Matrize mit äußerster Präzision aus. Selbst eine Fehlausrichtung um Bruchteile eines Millimeters führt zu ungleichmäßiger Abnutzung und maßlichen Ungenauigkeiten.
• Druckpolster: Halten das Werkstück während Schneid- oder Umformvorgängen sicher fest. Ein korrekter Blankhalterdruck verhindert Faltenbildung und ermöglicht gleichzeitig einen kontrollierten Materialfluss.
• Druckplatten: Verteilen die vom Stempel ausgeübte Kraft gleichmäßig über die gesamte Matrizenanordnung und verhindern so lokalisierte Spannungskonzentrationen.

Wie berücksichtigt das Konstruktionsdesign für das Blechstanzen die Zusammenarbeit dieser Komponenten? Das Verhältnis zwischen Stempel und Matrizenblock – also der Spalt zwischen den Schneidkanten – wirkt sich unmittelbar auf die Kantenqualität aus. Laut Fictiv verhindert eine korrekte Spalteinstellung übermäßige Gratbildung und gewährleistet saubere Schnitte, während eine falsche Spalteinstellung zu rauen Kanten und beschleunigtem Werkzeugverschleiß führt.

Die Standardpraxis sieht eine Matrizenspaltbreite von etwa 5 % bis 10 % der Materialdicke für die meisten Metalle vor. Dünnere Materialien und weichere Legierungen erfordern engere Spalte; dickere oder härtere Materialien benötigen breitere Spalte. Eine fehlerhafte Einstellung dieses Verhältnisses führt unmittelbar zu Qualitätsproblemen: Zu enge Spalte verursachen übermäßigen Werkzeugverschleiß, während zu weite Spalte gratbehaftete und inkonsistente Kanten erzeugen.

Matrizenwerkstoffe, die die Werkzeuglebensdauer maximieren

Ihre Stanze arbeitet nur so lange, wie Ihre Stempel und Matrizen halten. Die Auswahl geeigneter Werkzeugstahlwerkstoffe bestimmt, ob die Werkzeuge für Tausende oder gar Millionen von Teilen halten. Die von Ihnen investierte Stahlstanze verdient Stempel und Matrizen, die speziell für diese Aufgabe konstruiert wurden.

Nach Gunna Engineering , für Stempel und Matrizen verwendeter Werkzeugstahl muss härter und formbeständiger sein als das zu bearbeitende Werkstück. Darüber hinaus müssen die Komponenten Hunderte – möglicherweise Tausende – von schlagbeanspruchten Vorgängen ohne Rissbildung, Verformung oder Ausbrüche überstehen.

Werkzeugstähle durchlaufen spezifische Wärmebehandlungsverfahren, um diese Eigenschaften zu erreichen. Der Grundwerkstoff – eine grobkörnige Legierung – wandelt sich durch Erhitzen und Abschrecken in gehärtetes Martensit um. Kohlenstoff diffundiert durch die Kornstruktur und bildet Carbide, die Verschleiß widerstehen. Schließlich verleiht die Anlassenbehandlung die erforderliche Zähigkeit, um Sprödbruch bei wiederholter Schlagbelastung zu verhindern.

Häufig verwendete Werkzeugstahlqualitäten für Stanzmaschinen umfassen:

Qualitätsstufe	Wichtige Eigenschaften	Beste Anwendungen	Relativer Preis
D-2	Hohe Verschleißfestigkeit, gute Zähigkeit, luftabschreckend	Stanzwerkzeuge, Durchstocher, Serienfertigung mit langer Laufzeit	- Einigermaßen
A-2	Ausgezeichnete Zähigkeit, mittlere Verschleißfestigkeit, luftabschreckend	Allzweck-Werkzeuge, Umformoperationen	- Einigermaßen
O-1	Gute Bearbeitbarkeit, ölgehärtet, wirtschaftlich	Werkzeuge für Kurzserien, Prototyp-Werkzeuge	Niedriger
S-7	Außergewöhnliche Schlagzähigkeit, hohe Zähigkeit	Schwere Stanzarbeiten, schlagintensive Operationen	Höher
M-2 (Hochgeschwindigkeit)	Extrem hohe Härte, Hitzebeständigkeit	Hochgeschwindigkeits-Stufenwerkzeuge, abrasive Materialien	Höher

Carbid-Einsätze steigern die Verschleißfestigkeit weiter. Hartmetall – deutlich härter als Werkzeugstahl – verlängert die Werkzeuglebensdauer erheblich beim Stanzen abrasiver Materialien oder bei extrem hohen Stückzahlen. Laut Fictiv werden Hartmetalleinsätze bevorzugt, wenn es um abrasive oder langfristige Serienfertigung geht, bei der Werkzeugstahl vorzeitig verschleißen würde.

Legierungselemente in Werkzeugstählen bieten spezifische Leistungsvorteile:

• Wolfram und Vanadium: Verbessern die Verschleißfestigkeit und Kantenhaltung
• Chrom: Verbessert die Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit
• Molybdän: Erhöht Zähigkeit und Hochtemperaturfestigkeit
• Kohlenstoffgehalt: Bestimmt die erzielbaren Härtegrade

Wartungspraktiken für eine gleichbleibende Qualität

Selbst die bestens konstruierten Werkzeuge aus hochwertigen Materialien erfordern eine systematische Wartung. Was unterscheidet Betriebe, die Millionen von Teilen mit gleichbleibender Qualität fertigen, von solchen, die ständig mit Qualitätsproblemen kämpfen? Proaktive Wartungsprotokolle.

Die Lebensdauer eines Werkzeugs hängt von mehreren sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren ab:

• Zu verarbeitendes Material: Abrasive Materialien wie Edelstahl verschleißen Werkzeuge schneller als unlegierter Stahl oder Aluminium
• Produktionsvolumen und -geschwindigkeit: Höhere Hubzahlen erzeugen mehr Wärme und beschleunigen den Verschleiß
• Schmierpraktiken: Eine ordnungsgemäße Schmierung verringert Reibung, Wärmeentwicklung und Kaltverformung (Galling)
• Pressenausrichtung: Falsch ausgerichtete Pressen erzeugen ungleichmäßige Verschleißmuster und führen zu vorzeitigem Ausfall
• Spielerhaltung: Mit fortschreitendem Werkzeugverschleiß ändern sich die Spielmaße – was die Schnittkantenqualität und die Maßgenauigkeit beeinträchtigt

Effektive Wartungsprogramme umfassen folgende wesentliche Maßnahmen:

Regelmäßige Inspektionsintervalle: Geplante Werkzeuginspektionen erkennen Verschleiß frühzeitig, bevor er die Teilequalität beeinträchtigt. Visuelle Kontrollen identifizieren Abplatzungen, Kaltverformung (Galling) oder Oberflächenschäden. Maßliche Messungen bestätigen, dass kritische Spielmaße innerhalb der Spezifikation bleiben.

Schärfen und Nachschleifen: Schneidkanten werden im Laufe der Zeit stumpf. Geplantes Nachschleifen stellt scharfe Kanten wieder her, bevor Gratbildung problematisch wird. Die meisten Werkzeuge können mehrfach nachgeschliffen werden, bevor Ersatzkomponenten erforderlich sind.

Zeitpläne für den Austausch von Komponenten: Verschleißteile wie Auswerferplatten, Führungsbolzen und Federn weisen vorhersehbare Lebenszyklen auf. Der planmäßige Austausch dieser Komponenten verhindert unerwartete Ausfälle während der Serienfertigung.

Richtlinien für die Lagerung: Werkzeuge, die nicht aktiv eingesetzt werden, müssen vor Korrosion und mechanischer Beschädigung geschützt werden. Eine klimatisierte Lagerung mit korrosionshemmenden Beschichtungen verlängert die Lebensdauer ungenutzter Werkzeuge.

Dokumentation und Nachverfolgung: Die Erfassung von Hubzählerständen, Wartungsmaßnahmen und Qualitätsbeobachtungen erzeugt Daten zur Vorhersage zukünftiger Wartungsbedarfe. Dieser systematische Ansatz wandelt reaktive Reparaturen in geplante Maßnahmen um.

Der Zusammenhang zwischen Werkzeugwartung und Teilqualität ist unmittelbar und messbar. Sobald die Spielweiten über die Spezifikation hinaus verschleißen, verschlechtert sich die Kantenqualität – zunächst durch leicht zunehmende Grate, anschließend durch maßliche Abweichungen. Das frühzeitige Erkennen dieser Veränderungen mittels regelmäßiger Messungen verhindert den Versand nichtkonformer Teile.

Das Verständnis der verschiedenen Werkzeugtypen fügt der Gestaltung von Stanzeinsätzen eine weitere Dimension hinzu. Laut Dynamic Die Supply lassen sich Werkzeuge in drei Hauptkategorien einteilen:

• Einfache Werkzeuge: Führen pro Hub eine einzige Aufgabe aus und eignen sich ideal für Prozesse mit geringem Volumen und wenigen Arbeitsschritten
• Verbundwerkzeuge: Führen pro Hub mehrere Schneidvorgänge aus und sind daher für aufwändige Designs geeignet
• Kombinationsmatrizen: Führen sowohl Schneid- als auch Umformvorgänge in einem einzigen Hub aus und beschleunigen so die Produktion

Jeder Typ erfordert unterschiedliche Wartungsansätze. Fortschrittswerkzeuge mit mehreren Stationen benötigen individuelle Aufmerksamkeit für jede einzelne Arbeitsstation. Transfervorrichtungen erfordern neben der Prüfung des Werkzeugzustands auch die Überprüfung der mechanischen Handhabungssysteme.

Eine sachgerechte Werkzeugkonstruktion und -wartung bildet die Grundlage für Qualität – doch selbst hervorragende Werkzeuge erzeugen Fehler, wenn sich die Prozessparameter verschieben. Das Erkennen gängiger Stanzfehler und ihrer Ursachen stellt sicher, dass Ihre Investition in hochwertige Werkzeuge konsistente Ergebnisse liefert.

Häufige Stanzfehler und wie man sie vermeidet

Ihre Werkzeuge sind perfekt konstruiert und Ihre Materialien sorgfältig ausgewählt – warum fallen Teile dennoch bei der Prüfung durch? Selbst die anspruchsvollsten Umformprozesse stoßen auf Fehler, die Produktionspläne durcheinanderbringen und Kosten in die Höhe treiben können. Das Verständnis dafür, was diese Probleme verursacht – und wie man sie verhindern kann – macht den Unterschied zwischen effizienten Betrieben und solchen, die ständig mit Qualitätsproblemen kämpfen.

Die Realität sieht so aus: Fehler an gestanzten Teilen treten selten zufällig auf. Jedes Problem lässt sich auf spezifische Ursachen zurückführen, die mit den Materialeigenschaften, dem Zustand der Werkzeuge oder den Prozessparametern zusammenhängen. Sobald Sie diese Zusammenhänge verstehen, wird die Fehlersuche systematisch statt reine Vermutungsarbeit. Wir betrachten im Folgenden die häufigsten Probleme bei gestanzten Stahlteilen und metallischen Gestanzteilen sowie bewährte Strategien zu ihrer Vermeidung.

Ursachen für Faltenbildung und Reißen identifizieren

Faltenbildung und Reißen stellen entgegengesetzte Phänomene im Umformspektrum dar – beide resultieren jedoch aus einer unzureichenden Kräftebalance während des Stanzprozesses.

Faltenbildung tritt auf, wenn das Material ungleichmäßig zusammengedrückt wird und unerwünschte Falten oder Wellen im fertigen Teil entstehen. Laut Leeline Pack tragen mehrere Faktoren zu diesem Fehler bei:

• Unzureichende Halterkraft der Blankhalterplatte: Wenn die Druckplatten das Werkstück nicht fest genug umgreifen, fließt das Material unkontrolliert in den Matrizenhohlraum.
• Fehlerhafte Matrizengestaltung: Eine ungeeignete Geometrie oder unzureichende Zugleisten können den Materialfluss nicht kontrollieren.
• Zu große Blechdicke: Dickere Bleche widerstehen der Biegung und neigen eher zum Knicken als zur Dehnung.
• Unzureichende Schmierung: Eine ungleichmäßige Schmiermittelanwendung erzeugt inkonsistente Reibungsbereiche.

Präventionsstrategien konzentrieren sich auf die Kontrolle des Materialflusses. Eine Erhöhung der Blankhalterkraft unterdrückt übermäßige Materialbewegung. Das Hinzufügen von Zugleisten an den Matrizenoberflächen erzeugt Reibungshemmnisse, die regulieren, wie das Metall in den Hohlraum eindringt. Eine Optimierung der Matrizengeometrie gewährleistet eine gleichmäßige Spannungsverteilung während des Umformprozesses.

Reißen tritt auf, wenn das Material über seine Umformgrenzen hinaus gestreckt wird, wodurch Risse in Präzisionsstanzteilen entstehen. Die Hauptursachen sind:

• Übermäßige Dehnung: Die Werkstoffverformung überschreitet die Duktilitätsgrenzen des Metalls
• Scharfe Werkzeugradien: Engwinklige Ecken konzentrieren die Spannung und erzeugen Versagensstellen
• Unzureichende Schmierung: Hohe Reibung verhindert einen gleichmäßigen Werkstofffluss
• Ungeeignete Werkstoffauswahl: Metalle mit geringer Duktilität reißen bei aggressiver Umformung

Um Risse zu vermeiden, ist ein Ausgleich zwischen der aufgebrachten Kraft und den Eigenschaften des Werkstoffs erforderlich. Die Auswahl von Metallen mit geeigneten Dehngrenzwerten – also höherer Duktilität für komplexe Formen – verringert das Risiko von Brüchen. Eine Vergrößerung der Radien an Matrize und Stempel verteilt die Spannung über größere Flächen. Eine sachgemäße Schmierung ermöglicht einen reibungsarmen Werkstofffluss ohne Blockierung.

Steuerung des Federrücklaufs bei umgeformten Teilen

Haben Sie schon einmal ein Metallstück gebogen und dann beobachtet, wie es sich teilweise wieder in seine ursprüngliche Form zurückverformt? Dieses Phänomen wird als Springback (Elastischer Rückstau) bezeichnet – und stellt eine der größten Herausforderungen bei präzisen Tiefzieh- und Stanjoberationen dar.

Springback tritt auf, weil Metalle neben ihrer plastischen Verformung auch einen elastischen Anteil besitzen. Sobald der Umformdruck nachlässt, erfolgt eine elastische Rückstellung, wodurch das Werkstück von der gewünschten Geometrie abweicht. Laut Leeline Pack weisen hochfeste Werkstoffe einen ausgeprägteren Springback auf, da die Differenz zwischen Streckgrenze und Zugfestigkeit geringer ist als bei niedrigfesten Stählen.

Faktoren, die den Grad des Springback beeinflussen:

• Materialeigenschaften: Hochfeste Metalle zeigen eine stärkere elastische Rückstellung
• Biegeradius: Engere Biegeradien erzeugen höhere Restspannungen und damit stärkeren Springback
• Materialstärke: Dickere Bleche speichern mehr elastische Energie
• Formgeschwindigkeit: Schnellere Umformprozesse ermöglichen möglicherweise keine vollständige plastische Verformung

Wirksame Strategien zur Kompensation des Springback:

• Überbiegen: Konstruieren Sie Werkzeuge so, dass das Material über den Zielwinkel hinaus gebogen wird, wodurch der elastische Rückstau (Springback) die gewünschte Endposition erreichen kann
• Auflegen (Bottoming): Wenden Sie am unteren Hubende zusätzliche Kraft an, um die plastische Verformung zu maximieren
• Spannungsabbau-Merkmale: Integrieren Sie Versteifungsrippen oder Flansche, die die elastische Rückstellung reduzieren
• Materialersatz: Wählen Sie – wenn möglich – Legierungen mit einem niedrigeren Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit

Moderne CAE-Simulationswerkzeuge prognostizieren das Springback-Verhalten bereits vor dem Bau der Serienwerkzeuge – sodass Ingenieure während der Werkzeugkonstruktionsphase Kompensationen vornehmen können, statt kostspielige Versuch-und-Irrtum-Anpassungen durchführen zu müssen.

Vermeidung von Oberflächendefekten und Graten

Oberflächenqualitätsprobleme – wie Gratbildung, Kratzer und Kantenverformung – beeinträchtigen unmittelbar sowohl Ästhetik als auch Funktionalität von gestanzten Metallteilen. Das Verständnis ihrer Ursachen ermöglicht eine gezielte Vermeidung.

Grate sind erhabene Kanten oder kleine Metallfragmente, die auf geschnittenen Oberflächen verbleiben. Laut Leeline Pack resultieren Grate typischerweise aus:

• Übermäßiger Werkzeugverschleiß: Stumpfe Schneidkanten reißen das Material statt es sauber zu schneiden
• Unzulässiger Werkzeugspalt: Zu große Spalte ermöglichen es dem Material, zwischen Stempel und Matrize hindurchzuströmen
• Fehlausgerichtete Werkzeuge: Ungleichmäßige Spalte erzeugen inkonsistente Schneidbedingungen
• Unkorrekte Pressgeschwindigkeit: Unangemessene Hubfrequenzen beeinträchtigen die Schneidqualität

Die Vermeidung von Graten erfordert eine systematische Überwachung des Werkzeugzustands. Regelmäßige Inspektionen erkennen Verschleiß, bevor die Schneiden übermäßig stumpf werden. Die Aufrechterhaltung korrekter Spalte – typischerweise 5 % bis 10 % der Materialdicke – gewährleistet saubere Schnitte. Laut DGMF Mold Clamps verhindert die regelmäßige Kontrolle und Justierung der Matrizenposition mithilfe von Ausrichtungsmandrilen ungleichmäßige Verschleißmuster.

Oberflächenkratzer stammen typischerweise von:

• Verunreinigte Matrizenoberflächen: Metallspäne oder Schmutzpartikel, die zwischen Werkzeug und Werkstück eingequetscht sind
• Unzureichende Schmierung: Metall-auf-Metall-Kontakt während der Umformung erzeugt Reibungsspuren
• Raue Matrizenoberfläche: Oberflächenunregelmäßigkeiten werden während der Umformung auf die Teile übertragen
• Unsachgemäße Materialhandhabung: Kratzer vor oder nach dem Stanzen durch unsachgemäßen Transport

Verformte Kanten entstehen durch ungleichmäßig wirkende Kräfte an den Teilumfängen. Zur Vermeidung ist eine gleichmäßige Halterkraft, eine korrekte Matrizenausrichtung sowie geeignete Spielmaße entlang des gesamten Schneidprofils sicherzustellen.

Referenz-Tabelle für Fehler-Ursache-Lösung

Wenn Produktionsprobleme auftreten, spart eine schnelle Diagnose Zeit und Material. Diese Referenztabelle fasst die häufigsten Fehler bei Präzisionsstanzteilen, deren Ursachen sowie bewährte Lösungen zusammen:

Fehlertyp	Primäre Ursachen	Vorbeugungsmaßnahmen
Faltenbildung	Unzureichende Haltekraft der Blechhalterplatte; ungünstige Werkzeuggeometrie; zu große Materialdicke; ungleichmäßige Schmierung	Erhöhung der Haltekraft der Blechhalterplatte; Einbau von Ziehleisten; Optimierung des Werkzeugdesigns; sicherstellen einer gleichmäßigen Schmiermittelanwendung
Reißen	Übermäßige Verformung; scharfe Werkzeugradien; unzureichende Schmierung; geringe Duktilität des Materials	Auswahl duktilerer Materialien; Vergrößerung der Fasenradien; Verbesserung der Schmierung; Verringerung der Umformbeanspruchung
Rückfedern	Elastische Rückfederung bei hochfesten Werkstoffen; enge Biegeradien; dicke Materialien	Kompensation durch Überbiegen; Bodenstempeltechnik; Einbau spannungsreduzierender Merkmale; gegebenenfalls Materialaustausch in Erwägung ziehen
Grate	Abgenutzte Schneidkanten; falscher Schnittspalt; fehlausgerichtete Werkzeuge; ungeeignete Pressgeschwindigkeit	Regelmäßiges Nachschärfen der Werkzeuge; Einhalten der richtigen Schnittspalte (5–10 % der Materialdicke); Überprüfung der Ausrichtung; Optimierung der Hubfrequenz
Oberflächenkratzer	Verunreinigung; unzureichende Schmierung; raue Werkzeugoberflächen; unsachgemäße Materialhandhabung	Werkzeuge regelmäßig reinigen; geeignete Schmierstoffe anwenden; Werkzeugoberflächen polieren; sorgfältige Handhabungsverfahren einführen
Verformte Kanten	Ungleichmäßiger Halterdruck; Werkzeugfehlausrichtung; falsche Spielmaße	Druckverteilung ausbalancieren; Ausrichtung prüfen und justieren; Spielmaße entlang des gesamten Umfangs überprüfen
Maßhaltigkeitsungenauigkeit	Werkzeugverschleiß; thermische Ausdehnung; Springback; Materialschwankungen	Regelmäßige Maßkontrolle; Temperaturüberwachung; Springback-Kompensation; Eingangsmaterialprüfung

Wie eine ordnungsgemäße Prozesssteuerung Qualitätsprobleme verhindert

Die Vermeidung von Fehlern besteht nicht darin, Einzelprobleme zu beheben – vielmehr geht es darum, Systeme zu schaffen, in denen Probleme nur selten auftreten. Drei miteinander verbundene Faktoren bestimmen, ob Ihre gestanzten Teile konsistent den Spezifikationen entsprechen:

Formenentwurf legt die Grundlage. Richtige Spielweiten, geeignete Radien, wirksame Halterplatten und hochwertige Werkzeugwerkstoffe verhindern viele Fehler bereits im Vorfeld. Die Investition in gut konstruierte Werkzeuge lohnt sich über die gesamte Produktionslaufzeit.

Materialauswahl muss den Umformanforderungen entsprechen. Die Auswahl von Metallen mit geeigneter Duktilität, gleichmäßiger Blechdicke und einer geeigneten Oberflächenqualität verringert die Wahrscheinlichkeit von Rissen, Falten und Oberflächenfehlern. Die Eingangsprüfung des Materials erfasst Abweichungen, bevor sie in die Produktion gelangen.

Prozessparameter verbindet alle Komponenten. Die Pressgeschwindigkeit, die Halterplattenkraft, die Schmiersysteme sowie die Temperaturregelung beeinflussen sämtlich die Bauteilqualität. Die Dokumentation optimaler Einstellungen – sowie die Überwachung möglicher Abweichungen – ermöglicht es, Probleme zu erkennen, bevor Ausschuss entsteht.

Die effektivsten Abläufe kombinieren diese Elemente mit einer systematischen Qualitätsüberwachung. Die statistische Prozesskontrolle verfolgt über die Zeit hinweg wichtige Abmessungen und identifiziert Trends, bevor Teile außerhalb der Spezifikation geraten. Die Erstteilprüfung stellt sicher, dass jeder Produktionslauf korrekt beginnt. Zwischenprüfungen während des Fertigungsprozesses erkennen Probleme, solange sie noch korrigierbar sind.

Das Verständnis von Fehlern und deren Verhütung bereitet Sie auf die Serienfertigung vor – doch wie überprüfen Sie, ob die Teile tatsächlich den Anforderungen entsprechen? Qualitätskontrollmaßnahmen während des Umformprozesses liefern die Antwort.

Qualitätskontrollmaßnahmen während des Umformprozesses

Sie haben die Werkzeuge konstruiert, das Material ausgewählt und Ihre Prozessparameter optimiert – aber wie stellen Sie tatsächlich sicher, dass Ihre Bauteile den Spezifikationen entsprechen? Qualitätskontrolle ist bei der Fertigung durch Tiefziehen bzw. Stanzen keine nachträgliche Überlegung; vielmehr ist sie das System, das gute Absichten in nachweislich sichere Ergebnisse umwandelt. Ohne strenge Prüfprotokolle erzeugt selbst die fortschrittlichste Stanztechnologie Unsicherheit statt Vertrauen.

Denken Sie einmal darüber nach: Eine einzige fehlerhafte Komponente in einem automobilen Bremssystem oder einem medizinischen Gerät könnte schwerwiegende Folgen haben. Deshalb investieren Betriebe für die metallische Serienfertigung durch Stanzen erheblich in Qualitätsmanagementsysteme, die Probleme frühzeitig erkennen – idealerweise noch bevor sie überhaupt zu Problemen werden. Wir betrachten nun die Prüfmethoden, statistischen Werkzeuge und branchenüblichen Zertifizierungen, die weltweit führende Stanzbetriebe von den übrigen unterscheiden.

Maßprüfungsmethoden

Wie überprüfen Sie, ob ein gestanztes Teil seiner Zeichnung entspricht? Die dimensionsgerechte Prüfung liefert die Antwort mithilfe immer fortschrittlicherer Messtechnologien.

Traditionelle Messwerkzeuge bleiben nach wie vor grundlegend. Messschieber, Mikrometer und Höhenmessgeräte überprüfen kritische Abmessungen mit einer Präzision im Bereich von Tausendstel Zoll. Koordinatenmessmaschinen (CMM) gehen einen Schritt weiter: Sie tasten mehrere Punkte an komplexen Geometrien ab, um vollständige dimensionsbezogene Profilbeschreibungen zu erstellen. Diese kontaktbasierten Verfahren liefern zuverlässige Ergebnisse für die meisten Metallstanzteile.

Doch wie sieht es mit komplexen gekrümmten Oberflächen oder Merkmalen aus, die von Tastsonden nicht erreicht werden können? Laut Keneng Hardware stellt die 3D-Scanning-Technologie einen der bedeutendsten Durchbrüche bei der Inspektion von Metallstanzteilen dar. Traditionelle Methoden verwendeten häufig 2D-Messungen, die geringfügige Abweichungen bei komplizierten Geometrien übersehen konnten. 3D-Scanner erstellen detaillierte dreidimensionale Darstellungen gestanzter Teile und ermöglichen so eine umfassende Analyse von Form und Abmessungen mit beispielloser Genauigkeit.

Moderne Inspektionsmethoden, die in Stanzprozessen eingesetzt werden, umfassen:

• Koordinatenmessgeräte (KMG): Programmierbare Systeme, die mehrere Messpunkte abtasten, um eine vollständige dimensionsgerechte Verifizierung durchzuführen
• 3D-Laserscanning: Berührungslose Technologien, die präzise Oberflächendaten schnell erfassen, um eine Echtzeit-Inspektion zu ermöglichen
• Optische Messgeräte: Projektion vergrößerter Teilprofile gegen Referenzüberlagerungen zur visuellen Verifizierung
• Vision-Systeme mit KI: Automatisierte Kameras, die Oberflächenfehler, Farbabweichungen und kleinste Unregelmäßigkeiten erkennen, die einer menschlichen Beobachtung entgehen könnten
• Computerunterstützte Inspektion (CAI): Automatisierter Messvergleich mit digitalen Konstruktionsmodellen zur schnellen Erkennung von Abweichungen

Toleranzen bei der Automobil-Stanzfertigung erreichen oft anspruchsvolle Werte. Gemäß Der Blechverarbeiter betragen Toleranzen, die früher ±0,005 Zoll betrugen, heute häufig ±0,002 Zoll – und manchmal sogar nur noch ±0,001 Zoll. Zusätzlich verlangen Kunden Prozessfähigkeitsindizes (Cpk) von 1,33, was die nutzbare Toleranz praktisch halbiert. Die Einhaltung dieser Spezifikationen erfordert eine robuste Werkzeugkonstruktion, eine präzise Bandfortschaltung sowie Werkzeuge, die sich während des Stanzvorgangs nicht verformen.

Zerstörungsfreie Prüfung (NDT) verfahren zur Überprüfung der inneren Integrität ohne Beschädigung der Bauteile. Diese Techniken erkennen verborgene Fehler, die bei einer Oberflächeninspektion nicht sichtbar sind:

• Ultraschallprüfung: Schallwellen identifizieren unterhalb der Oberfläche liegende Fehler und Materialinkonsistenzen
• Wirbelstromprüfung: Elektromagnetische Induktion erkennt Risse, Hohlräume oder Zusammensetzungsunterschiede in leitfähigen Materialien
• Magnetpartikelprüfung: Enthüllt Oberflächen- und oberflächennahe Unstetigkeiten in ferromagnetischen Materialien

Statistische Prozesskontrolle beim Stanzprozess

Ein fehlerhaftes Teil zu entdecken, ist gut. Noch besser ist es, die Entstehung fehlerhafter Teile von vornherein zu verhindern. Die statistische Prozessregelung (SPC) verlagert den Qualitätsfokus von der Fehlererkennung hin zur Fehlervermeidung, indem sie das Verhalten des Prozesses in Echtzeit überwacht.

Laut Keneng Hardware ermöglicht die Implementierung von SPC-Methoden den Herstellern eine effektivere Überwachung und Steuerung des Metallstanzprozesses. SPC umfasst das Erfassen und Analysieren von Daten während der gesamten Produktion, um sicherzustellen, dass der Prozess innerhalb der vorgegebenen Toleranzen bleibt. Durch die kontinuierliche Überwachung zentraler Prozessparameter können Hersteller potenzielle Probleme proaktiv angehen und ein hohes Qualitätsniveau aufrechterhalten.

Wie funktioniert SPC in der Praxis? Operatoren entnehmen in regelmäßigen Abständen Stichproben von Teilen, messen kritische Abmessungen und tragen die Ergebnisse in Regelkarten ein. Diese Karten legen obere und untere Regelgrenzen fest, die sich auf die natürliche Prozessvariation stützen. Sobald Messwerte sich diesen Grenzen annähern – oder nicht-zufällige Muster aufweisen – greifen die Operatoren ein, bevor Teile außerhalb der Spezifikation liegen.

Wichtige SPC-Konzepte für Umformprozesse:

• Kontrollkarten: Visuelle Anzeigen zur Verfolgung von Maßmessungen über die Zeit, die die Prozessstabilität zeigen
• Prozessfähigkeit (Cp/Cpk): Kennzahlen, die messen, wie gut der Prozess im Vergleich zu den Spezifikationsgrenzen abschneidet
• Laufregeln: Statistische Auslöser, die eine nicht-zufällige Variation anzeigen und einer Untersuchung bedürfen
• Stichprobenpläne: Systematische Ansätze zur Bestimmung der Prüffrequenz und der Stichprobenumfänge

Erstbemusterungsprüfung (FAI) validiert die Produktionsbereitschaft, bevor Vollserienläufe beginnen. Diese umfassende Bewertung bestätigt, dass die Erstteile sämtliche geometrischen und funktionalen Anforderungen erfüllen – und damit, dass die Werkzeugeinstellung, die Materialeigenschaften und die Prozessparameter korrekt aufeinander abgestimmt sind. Die Erstbemusterung (FAI) erkennt Einrichtungsprobleme, bevor sie Chargen nichtkonformer Teile erzeugen, wodurch Material und Zeit eingespart werden.

Inline-Inspektionssysteme gehen bei der Überwachung einen Schritt weiter, indem sie direkt in die Umformmaschinen integriert werden. Diese Systeme ermöglichen eine Echtzeit-Qualitätsprüfung während der Produktion, erkennen Abweichungen unmittelbar und erlauben zeitnahe Anpassungen, um die Konsistenz zu gewährleisten.

Branchenzertifizierungen, die für Qualität stehen

Wie bewerten Sie das Qualitätsengagement eines potenziellen Umformzulieferers? Branchenzertifizierungen liefern objektive Nachweise dafür, dass die Abläufe anerkannten Standards entsprechen – insbesondere wichtig für Anwendungen im Bereich der Automobil-Metallumformung, bei denen die Folgen von Fehlern gravierend sind.

Nach NSF International , IATF 16949 ist der internationale Standard für Qualitätsmanagementsysteme in der Automobilindustrie. Er stellt ein standardisiertes Qualitätsmanagementsystem (QMS) bereit, das sich auf kontinuierliche Verbesserung konzentriert und besonderes Augenmerk auf Fehlervermeidung sowie auf die Reduzierung von Schwankungen und Verschwendung in der Automobil-Zulieferkette und im Montageprozess legt.

Was macht IATF 16949 besonders anspruchsvoll? Der Standard verlangt:

• Fehlerverhütung im Fokus: Systeme, die darauf ausgelegt sind, Probleme zu verhindern statt sie lediglich zu erkennen
• Reduzierung von Variationen: Statistische Ansätze zur Minimierung von Prozessinkonsistenzen
• Kontinuierliche Verbesserung: Fortlaufende Verbesserung von Qualitätssystemen und -ergebnissen
• Lieferkettenmanagement: Qualitätserwartungen, die sich auf Zulieferer und Subunternehmer erstrecken
• Risikobasiertes Denken: Proaktive Identifizierung und Minderung potenzieller Qualitätsprobleme

Die Zertifizierung nach IATF 16949 belegt das Engagement für diese Grundsätze. Laut NSF verlangen die meisten großen Automobilhersteller (OEMs) eine Zertifizierung nach IATF 16949 für ihre Lieferkette. Organisationen nennen als Vorteile unter anderem eine verbesserte Kundenzufriedenheit, gesteigerte Effizienz, ein besseres Risikomanagement und einen erweiterten Marktzugang.

IATF-16949-zertifizierte Zulieferer wie Shaoyi dieses Qualitätsengagement durch strenge Systeme unter Beweis, die hohe Erstzulassungsraten erzielen – Shaoyi verzeichnet mit ihren umfassenden Qualitätsprotokollen eine Erstzulassungsquote von 93 %. Der Einsatz von CAE-Simulationstechnologie ermöglicht die Vorhersage von Fehlern noch vor dem Bau der Produktionswerkzeuge und identifiziert potenzielle Probleme bereits in der Entwurfsphase statt auf der Produktionsfläche.

Neben IATF 16949 umfassen weitere relevante Zertifizierungen:

• ISO 9001: Grundlegendes Qualitätsmanagementsystem, das branchenübergreifend Anwendung findet
• ISO 14001: Umweltmanagementsysteme – zunehmend von Automobil-OEMs gefordert
• ISO 45001: Arbeitsschutz- und Gesundheitsmanagementsystem

Diese Standards weisen eine gemeinsame Hochstufige Struktur (High Level Structure) auf, was ihre Integration erleichtert. Betriebe, die nach mehreren dieser Standards zertifiziert sind, demonstrieren eine umfassende Reife ihres Managementsystems.

Präzise Spezifikationen und Einhaltung der Toleranzen

Welche Toleranzen können moderne Automotive-Stanzverfahren tatsächlich erreichen? Die Antwort hängt von der Bauteilgeometrie, dem Werkstoff und dem Stand der Verfahrenstechnik ab – doch die Fertigungsmöglichkeiten verbessern sich kontinuierlich.

Die Einhaltung enger Toleranzen erfordert Aufmerksamkeit in mehreren Bereichen. Gemäß Der Blechverarbeiter hängt die Minimierung von Maßabweichungen von drei wesentlichen Faktoren ab: der Dicke des Werkzeugträgers, die eine Verformung während des Stanzvorgangs verhindert; übergroßen Werkzeuganschlägen, die für eine konstante Treffgenauigkeit sorgen; sowie robusten Führungsbolzen, die eine präzise Ausrichtung gewährleisten.

Praktische Toleranzrichtwerte für gestanzte Metallteile:

Funktionsart	Standardtoleranz	Präzisions-Toleranz	Schlüsselfaktoren
Bohrdurchmesser	±0,005 Zoll	±0,001 Zoll	Stanzspalt (Punch/Die), Materialdicke
Lage des Loches	±0,010 Zoll	±0,002 Zoll	Genauigkeit der Führungsstifte (Pilot pins), Bandführung
Bogenwinkel	±1°	±0.5°	Rückfederungskompensation, Materialkonsistenz
Gesamtabmessungen	±0,010 Zoll	±0,002 Zoll	Die Stabilität, Temperaturregelung
Ebenheit	0,010 Zoll pro Zoll	0,003 Zoll pro Zoll	Halterdruck des Blechhalters, Umformsequenz

Fortgeschrittene Umformtechnologie ermöglicht zunehmend Präzisionsniveaus, die zuvor nur durch spanende Bearbeitung erreichbar waren – und das mit der charakteristischen Geschwindigkeit und den Kostenvorteilen der Umformtechnik. Mit CAE-Simulationen lässt sich das Umformverhalten bereits vor der Herstellung der physischen Werkzeuge vorhersagen, sodass Ingenieure Konstruktionen gezielt auf Maßhaltigkeit optimieren können. Servopresstechnologie bietet eine programmierbare Bewegungssteuerung, die sich in Echtzeit an Materialschwankungen anpasst.

Die Kombination aus strengen Qualitätsmanagementsystemen, fortschrittlicher Prüftechnologie und präzisionsorientierter Prozesskontrolle ermöglicht es Umformprozessen, anspruchsvolle Spezifikationen konsistent einzuhalten. Doch wie schneidet die Umformtechnik im Vergleich zu alternativen Fertigungsverfahren ab, wenn Präzision, Stückzahl und Kosten gleichermaßen entscheidend sind? Dieser Vergleich zeigt, wann die Umformtechnik wirklich überzeugt – und wann andere Verfahren sinnvoller sind.

Tiefziehen im Vergleich zu alternativen Fertigungsverfahren

Sie beherrschen den Tiefziehprozess – doch ist er tatsächlich die richtige Wahl für Ihr Projekt? Diese Frage verdient eine ehrliche Analyse. Zwar überzeugt die Tiefziehfertigung in vielen Szenarien, doch liefern alternative Verfahren je nach Ihren spezifischen Anforderungen manchmal bessere Ergebnisse. Das Verständnis dieser Kompromisse hilft Ihnen, fundierte Entscheidungen zu treffen, die Kosten, Qualität und Zeitplan optimal ausbalancieren.

Stellen Sie sich die Auswahl des Fertigungsverfahrens wie die Wahl eines Verkehrsmittels vor. Autos eignen sich hervorragend für die meisten Fahrten, doch würden Sie weder damit über einen Ozean fahren noch ein Klavier damit transportieren. Ebenso dominiert die Metalltiefziehfertigung bestimmte Anwendungen, während andere Verfahren an anderer Stelle ihre Stärken ausspielen. Wir vergleichen die Optionen, damit Sie das passende Verfahren genau auf Ihre Anforderungen abstimmen können.

Kostenanalyse: Tiefziehen vs. CNC-Bearbeitung

Die Entscheidung zwischen Stanzen und CNC-Bearbeitung hängt häufig von einem einzigen Faktor ab: dem Produktionsvolumen. Beide Verfahren erzeugen präzise Metallteile, unterscheiden sich jedoch erheblich in ihrer Kostenstruktur.

Bei der CNC-Bearbeitung wird Material von massiven Rohblöcken mittels computergesteuerter Schneidwerkzeuge abgetragen. Der erforderliche Aufwand für die Einrichtung ist gering – Sie laden lediglich eine CAD-Datei hoch und beginnen mit dem Zerspanen. Dadurch eignet sich die CNC-Bearbeitung ideal für Prototypen und Kleinserien. Laut Neway Precision liegt der typische Einzelpreis für CNC-Bearbeitung bei niedrigen bis mittleren Stückzahlen zwischen 5 und 50 USD pro Einheit, wobei die Einrichtungskosten niedrig bis mittel sind.

Beim Metallstanzen und -umformen ist ein erheblicher vorab zu tätigender Werkzeugkostenaufwand erforderlich – typischerweise zwischen 5.000 und 50.000 USD, je nach Komplexität des Bauteils. Sobald die Stempelwerkzeuge (Stanzdies) jedoch hergestellt sind, sinken die Kosten pro Teil drastisch. Gemäß derselben Quelle können gestanzte Blechteile bei hohen Stückzahlen für einfache Geometrien unter 0,50 USD pro Teil kosten; die durchschnittlichen Einzelstückkosten liegen zwischen 0,30 und 1,50 USD.

Wo liegt der Break-even-Punkt? Die Berechnung hängt von Ihrem konkreten Bauteil ab; es gelten jedoch allgemeine Richtwerte:

• Unter 1.000 Teilen: CNC-Bearbeitung ist in der Regel bei den Gesamtkosten günstiger
• 1.000 bis 10.000 Teile: Eine Analyse ist erforderlich – Komplexität und Werkstoff bestimmen die Entscheidung
• Mehr als 10.000 Teile: Stanzen liefert nahezu immer niedrigere Gesamtkosten

Auch die Geschwindigkeit spielt eine Rolle. Hochgeschwindigkeitsstanzen erreicht Zykluszeiten von nur 0,06 Sekunden pro Teil – CNC-Bearbeitung kann diese Produktionsrate nicht erreichen. Bei großvolumigem Stanzen von Stahl gibt es keine wirkliche Alternative.

Stückzahlschwellen für die Rentabilität des Stanzprozesses

Ab welcher Stückzahl amortisiert sich die Investition in das Blechverarbeitungsverfahren? Das Verständnis dieser Schwellenwerte hilft Ihnen, Projekte wirtschaftlich zu planen.

Laut Neway Precision wird Stanzen aufgrund der Abschreibung der Werkzeuge und der Automatisierung bei höheren Stückzahlen exponentiell kosteneffizienter. Automobil-OEMs erzielen bei strukturellen Halterungen durch fortschreitendes Stanzen im Vergleich zur CNC-Bearbeitung Kosteneinsparungen von 20–30 % pro Einheit.

Die Wirtschaftlichkeit funktioniert folgendermaßen: Verteilt man Investitionskosten von 20.000 US-Dollar für Werkzeuge auf 1.000 Teile, entfallen pro Teil 20 US-Dollar an Werkzeugkosten. Verteilt man dieselbe Investition auf 100.000 Teile, betragen die Werkzeugkosten lediglich 0,20 US-Dollar pro Stück. In Kombination mit den grundsätzlich niedrigen Kosten pro Umformzyklus führen hohe Stückzahlen zu erheblichen Einsparungen.

Zusätzliche Effizienzfaktoren verstärken diese Vorteile:

• Materialausnutzung: Bis zu 85–95 % Ausbeute bei optimierter Anordnung (Nesting), insbesondere bei Kohlenstoffstahl und Edelstahl
• Arbeitseffizienz: Ein Bediener kann gleichzeitig mehrere Presselinien überwachen
• Konsistenz: Niedrige Ausschussraten (unter 2 %) bei automatisierten Stanzanlagen reduzieren Abfall und Nacharbeit

Wann alternative Verfahren sinnvoller sind

Ehrlichkeit ist hier entscheidend: Stanzverfahren sind nicht immer die richtige Lösung. In mehreren Szenarien empfehlen sich alternative Fertigungsmethoden.

Laserstrahlschneiden plus Umformen eignet sich für niedrige bis mittlere Stückzahlen mit mäßiger Komplexität. Die Einrichtungskosten sind minimal, und Änderungen erfordern lediglich Aktualisierungen der CAD-Daten statt neuer Werkzeuge. Laut Neway Precision eignet sich dieser Ansatz gut für das Prototyping mit durchschnittlichen Einzelkosten von 2 bis 10 US-Dollar.

3D-Druck (DMLS/SLS) überzeugt bei komplexen Geometrien, die sich nicht stanzen lassen. Benötigen Sie innenliegende Kanäle, Gitterstrukturen oder organische Formen? Additive Fertigung erzeugt diese direkt. Der Nachteil? Sehr hohe Einzelkosten (15 bis über 100 US-Dollar) und langsame Produktionsgeschwindigkeiten beschränken den 3D-Druck auf Prototypen, Werkzeuge oder Spezialteile in niedrigen Stückzahlen.

Besetzung bewältigt komplexe dreidimensionale Formen, für die sonst mehrere Stanzvorgänge und eine nachfolgende Montage erforderlich wären. Für mittlere bis hohe Stückzahlen komplizierter Gehäuse oder Halterungen kann das Gießen wirtschaftlicher sein als gestanzte und geschweißte Baugruppen.

Nach Veco Precision die Stanztechnik bietet nur begrenzte Flexibilität bei Designanpassungen, was zu zusätzlichen Werkzeugkosten führen kann, falls Änderungen erforderlich sind. Verfahren wie die Elektroformung bieten hingegen eine größere Gestaltungsfreiheit, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen, da Anpassungen ohne neue Werkzeuge umgesetzt werden können.

Vergleich der Fertigungsmethoden

Die Auswahl des richtigen Verfahrens erfordert eine Abwägung mehrerer Faktoren im Hinblick auf Ihre spezifischen Anforderungen. Dieser Vergleich fasst die wichtigsten Entscheidungskriterien zusammen:

Faktor	Blechstanzen	CNC-Bearbeitung	Laserstrahlschneiden + Umformen	3D-Druck
Idealer Mengenbereich	Hoch (10.000+)	Niedrig bis Mittel	Niedrig bis Mittel	Prototyping bis Kleinserien
Einrichtung/Werkzeugkosten	Hoch (5.000–50.000 USD)	Niedrig bis Mittel	Niedrig	Keine bis gering
Stückkosten bei Serienfertigung	Sehr niedrig (0,30–1,50 USD)	Hoch (5–50 USD)	Mittel (2–10 USD)	Sehr hoch ($15–$100+)
Produktionsgeschwindigkeit	Sehr schnell (bis zu 1.000 Hübe/min)	Langsam	- Einigermaßen	Sehr langsam
Komplexität des Teils	Gut (2D-Profile, Biegungen, Zeichnungen)	Ausgezeichnet (jede bearbeitbare Geometrie)	- Einigermaßen	Ausgezeichnet (innere Merkmale)
Flexibilität bei Konstruktionsänderungen	Niedrig (erfordert neue Werkzeuge)	Hoch (lediglich CAD-Aktualisierung)	Hoch	Sehr hoch
Lieferzeit für erste Teile	Wochen (Werkzeugherstellung)	Tage	Tage	Stunden bis Tage
Beste Anwendungen	Hochvolumige Halterungen, Blechtafeln, Gehäuse	Prototypen, komplexe bearbeitete Merkmale	Kleinstserien aus Blech	Komplexe Prototypen, Werkzeuge

Entscheidungsrahmen für die Verfahrensauswahl

Gehen Sie bei der Bewertung Ihres Projekts systematisch folgende Fragen durch:

1. Wie hoch ist Ihr Produktionsvolumen? Unter 1.000 Teilen sprechen oft Fräsen oder Laserschneiden für sich; über 10.000 Teile rechtfertigen in der Regel die Investition in Stanzwerkzeuge.
2. Wie stabil ist Ihr Design? Häufige Änderungen begünstigen flexible Verfahren; festgelegte Designs profitieren von speziellen Werkzeugen.
3. Wie sieht Ihr Zeitplan aus? Benötigen Sie Teile innerhalb weniger Tage? Dann sind Fräsen oder Additive Fertigung die erste Wahl. Planen Sie eine mehrmonatige Serienfertigung? Investieren Sie in Stanzwerkzeuge.
4. Welche Geometrie benötigen Sie? Flache Muster mit Biegungen und Ausschnitten eignen sich für das Stanzen. Komplexe 3D-Formen erfordern möglicherweise alternative Verfahren.
5. Wie ist Ihre Budgetstruktur? Projekte mit begrenztem Kapital bevorzugen möglicherweise Verfahren mit geringem Rüstaufwand, obwohl die Stückkosten höher sind.

Der kostengünstigste Ansatz kombiniert häufig mehrere Verfahren: Prototypen werden durch Fräsen oder Drucken hergestellt, die Konstruktionen mittels kurzer Laser-Schneidläufe validiert, und anschließend erfolgt der Übergang zum Stanzen für Serienfertigung. Dieser gestufte Ansatz minimiert das Risiko und nutzt zugleich die Mengenvorteile des Stanzens, sobald dies sinnvoll ist.

Ein Verständnis dafür, wo das Stanzen in Ihrem Fertigungsspektrum sinnvoll eingesetzt werden kann – und wo Alternativen besser geeignet sind – bereitet Sie darauf vor, Projekte von Anfang an erfolgreich umzusetzen.

Erfolgreiche Umsetzung Ihres Stanzprojekts

Sie haben den gesamten Stanzprozess durchlaufen – von den Grundlagen bis zum Vergleich verschiedener Fertigungsalternativen. Nun stellt sich die praktische Frage: Wie setzen Sie ein Stanzprojekt tatsächlich um? Erfolg geschieht nicht zufällig. Er erfordert systematische Planung, fundierte Entscheidungen und strategische Partnerschaften, die Ihr Projekt vom Konzept bis zur Serienfertigung begleiten.

Stellen Sie sich Ihr Stanzprojekt wie den Bau eines Hauses vor. Sie würden mit der Bauausführung nicht beginnen, ohne architektonische Pläne, geprüfte Handwerker und ein klares Verständnis der Bauvorschriften. Ebenso erfordern erfolgreiche Metallpressvorgänge sorgfältige Vorbereitung auf mehreren Ebenen, noch bevor der erste Presshub erfolgt.

Schlüsselfaktoren für den Erfolg eines Stanzprojekts

Jedes erfolgreiche Stanzprojekt beruht auf gemeinsamen Grundlagen. Ob Sie Automobilhalterungen oder Gehäuse für Elektronikkomponenten herstellen – diese Entscheidungsfaktoren bestimmen das Ergebnis:

• Abstimmung der Werkstoffauswahl: Passen Sie die metallischen Eigenschaften an die Anforderungen beim Umformen und die Leistung im Endverwendungsbereich an. Berücksichtigen Sie dabei die Duktilität für komplexe Formen, die Festigkeit für strukturelle Anwendungen und die Korrosionsbeständigkeit für raue Umgebungen.
• Abstimmung des Verfahrenstyps: Progressives Stanzen eignet sich für hochvolumige, komplexe Teile. Transferumformverfahren bewältigen größere Komponenten. Einfache Werkzeuge sind für grundlegende Geometrien bei niedrigeren Stückzahlen geeignet. Wählen Sie das Verfahren anhand Ihrer Teilgeometrie und der geplanten Produktionsmengen aus.
• Anforderungen an die Presse: Die erforderliche Presskraft (in Tonnen), Geschwindigkeit und Steuerungsfunktionen müssen auf Ihre Anwendung abgestimmt sein. Mechanische Pressen bieten hohe Geschwindigkeit; hydraulische Systeme ermöglichen eine präzise Kraftsteuerung; Servotechnologie bietet programmierbare Präzision.
• Einhaltung von Qualitätsstandards: Definieren Sie die Toleranzanforderungen bereits zu Beginn. Legen Sie die Prüfmethoden fest. Vereinbaren Sie die Akzeptanzkriterien vor Beginn der Werkzeugkonstruktion – nicht erst während der Fehlersuche in der Produktion.
• Planung von Stückzahlen und Zeitrahmen: Eine Werkzeuginvestition lohnt sich nur bei entsprechenden Stückzahlen. Eng gesetzte Zeitpläne erfordern Lieferanten mit nachgewiesenen Fähigkeiten im Rapid Prototyping und verfügbarer Kapazität.

Laut Eigen Engineering stellt der richtige Lieferant für Metallstanzteile die Qualität Ihres Produkts und eine termingerechte Lieferung bei jedem Fertigungsprojekt sicher. Da zahlreiche Lieferanten verfügbar sind, wird die Identifizierung eines maßgeschneiderten Lieferanten für Metallstanzteile mit der erforderlichen Fachkompetenz und den notwendigen Qualitätsstandards zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor.

Auswahl des richtigen Werkzeugpartners

Ihre Metallstanzanlagen und Metallstanzmaschinen sind nur so effektiv wie die Werkzeuge, mit denen sie betrieben werden. Daher bestimmt die Auswahl des Werkzeugpartners häufig über Erfolg oder Misserfolg eines Projekts.

Worauf sollten Sie bei einem Werkzeuglieferanten achten? Laut Eigen Engineering umfassen die wichtigsten Bewertungskriterien:

• Branchenspezifische Erfahrung: Lieferanten, die mit Ihrer Branche vertraut sind, verstehen spezifische Toleranzen und Sicherheitsstandards. Fachkenntnisse im Luft- und Raumfahrt- sowie im Automobilsektor signalisieren die Fähigkeit, anspruchsvolle Anwendungen zu bewältigen.
• Zertifizierungen: IATF 16949 für den Automobilsektor, ISO 9001 für das allgemeine Qualitätsmanagement und AS9100 für die Luft- und Raumfahrt weisen auf standardisierte, auditierbare Prozesse hin.
• Eigene Werkzeugausstattung: Lieferanten mit interner Werkzeugkonstruktion und -fertigung können Anpassungen selbst vornehmen und dadurch Kosten im Vergleich zur Fremdvergabe von Werkzeugen senken.
• Ingenieursunterstützung: Hinweise zur fertigungsgerechten Konstruktion (Design-for-Manufacturability) sowie CAE-Simulationsfähigkeiten ermöglichen die frühzeitige Erkennung von Problemen, noch bevor teure Werkzeuge gefertigt werden.
• Prototypengeschwindigkeit: Schnelle Prototypenfertigung – einige Lieferanten liefern Muster bereits nach nur fünf Tagen – beschleunigt die Designvalidierung und verkürzt die Markteinführungszeit.
• Skalierbare Produktionskapazität: Partner sollten unterschiedliche Bestellmengen akzeptieren und sich ohne Verzögerung an das Wachstum Ihres Projekts anpassen können.

Umfassende Werkzeugpartner wie Shaoyi diese Fähigkeiten durch die IATF-16949-Zertifizierung, fortschrittliche CAE-Simulationen zur Fehlerprognose und einen schnellen Prototypen-Durchlauf von bis zu fünf Tagen nachweisen. Ihre Erstfreigabequote von 93 % spiegelt strenge Qualitätsmanagementsysteme wider, die Probleme bereits im Vorfeld verhindern – genau das, was anspruchsvolle Anwendungen erfordern.

Auch die Kommunikation spielt eine wichtige Rolle. Laut Eigen Engineering ist eine offene Kommunikation entscheidend für eine reibungslose Zusammenarbeit – insbesondere bei komplexen Projekten mit engen Terminvorgaben. Wählen Sie Lieferanten, die regelmäßig Updates bereitstellen, Produktionszeitpläne transparent kommunizieren und offen über mögliche Herausforderungen informieren.

Ihre nächsten Schritte bei der Umsetzung von Stanzteilen

Bereit, den nächsten Schritt zu gehen? Hier ist Ihr handlungsorientierter Fahrplan für eine erfolgreiche Umsetzung Ihres Stanzprojekts:

1. Anforderungen klar definieren: Dokumentieren Sie vor der Einbindung von Lieferanten die Bauteilgeometrie, Toleranzen, Materialvorgaben, Produktionsmengen sowie die Erwartungen an den Zeitplan.
2. Potenzielle Partner bewerten: Fordern Sie Präsentationen zu den Fähigkeiten des Lieferanten an. Erkundigen Sie sich nach Zertifizierungen, Maschinen für das Metallstanzverfahren und Qualitätssicherungssystemen. Prüfen Sie Fallstudien zu vergleichbaren Anwendungen.
3. Fordern Sie eine Konstruktionsprüfung unter Berücksichtigung der Fertigungsgerechtigkeit (Design-for-Manufacturability) an: Stellen Sie CAD-Modelle für die DFM-Analyse zur Verfügung. Erfahrene Partner identifizieren potenzielle Probleme und schlagen Optimierungen vor, die die Werkzeugkosten senken und die Bauteilqualität verbessern.
4. Validierung durch Prototypenherstellung: Fertigen Sie Musterbauteile, bevor Sie sich auf die Serienfertigungswerkzeuge festlegen. Überprüfen Sie Abmessungen, testen Sie die Funktionalität und bestätigen Sie das Materialverhalten.
5. Festlegung der Qualitätsanforderungen: Definieren Sie Prüfmethoden, Stichprobenpläne und Annahmekriterien. Geben Sie erforderliche Zertifizierungen und Dokumentationsanforderungen an.
6. Planung der Serienfertigung: Bestätigen Sie die Kapazität, Lieferzeiten und Logistik. Vereinbaren Sie Kommunikationsprotokolle für Produktionsaktualisierungen und die Bearbeitung von Störungen.

Nach PMI , was bei der Implementierung des Stanzens funktioniert, ist eine Kombination aus Unterstützung auf oberster Ebene und zielstrebigen Einzelanstrengungen – fokussierte Aktivitäten durch Einzelpersonen, die sich gut mit den erforderlichen Werkzeugen und Techniken auskennen, die Gegebenheiten des Umfelds kennen und sich für den Aufbau der erforderlichen Infrastruktur engagieren.

Die Reise vom rohen Blech zum fertigen Teil umfasst zahlreiche Entscheidungen und unzählige Details. Doch mit einer sorgfältigen Planung, einer geeigneten Auswahl der Technologie und den richtigen Partnerschaften bietet das Stanzverfahren eine unübertroffene Effizienz für hochvolumige, präzise Metallkomponenten. Ob Sie ein neues Produkt einführen oder bestehende Fertigungsprozesse optimieren – die in dieser Anleitung behandelten Grundsätze bilden die Grundlage für Ihren Erfolg.

Für Hersteller, die präzise Stanzwerkzeug-Lösungen erkunden möchten, bieten Partner mit umfassenden Kompetenzen – von der Konstruktionsunterstützung bis zur Serienfertigung in hohen Stückzahlen – das erforderliche Know-how, um Konzepte in hochwertige Komponenten umzusetzen. Die richtige Zusammenarbeit verwandelt komplexe Anforderungen in einfache Umsetzung und liefert die konsistenten Ergebnisse, die Ihre Anwendungen erfordern.

Häufig gestellte Fragen zum Metallstanzprozess

1. Was ist der Stanzprozess?

Der Stanzprozess ist ein kaltumformendes Fertigungsverfahren, bei dem flache Blechplatten mithilfe von Werkzeugen und Pressen in präzise Formen gebracht werden. Dabei wird das Blech in eine Stanzpresse eingelegt, wo Werkzeug- und Matrizenoberflächen eine kontrollierte Kraft ausüben, um das Metall zu verformen, ohne Material abzutragen. Zu den wichtigsten Verfahren zählen Ausschneiden (Blanking), Lochstanzen (Piercing), Biegen, Prägen (Coining), Prägeprägung (Embossing), Flanschen (Flanging) und Tiefziehen (Drawing). Der gesamte Arbeitsablauf umfasst Konstruktionsengineering, Werkstoffauswahl, Werkzeugherstellung, Presseneinrichtung, Serienfertigung sowie Qualitätsprüfung – wodurch dieses Verfahren besonders für die Massenfertigung in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Elektronikindustrie geeignet ist.

2. Welche sind die 7 Schritte des Stanzverfahrens?

Das Stanzen erfolgt typischerweise in folgenden sequenziellen Schritten: (1) Konzept- und Designentwicklung mithilfe von CAD-Software, (2) Materialauswahl basierend auf Umformbarkeit und Anforderungen der Endanwendung, (3) Konstruktion und Auslegung von Werkzeugen und Matrizen, (4) Herstellung der Matrizen mittels CNC-Bearbeitung und EDM-Verfahren, (5) Prototypenerstellung und Validierungstests, (6) Einrichtung der Presse mit optimierten Parametern für Hublänge, Geschwindigkeit und Druck sowie (7) Serienfertigung mit integrierter Qualitätsprüfung. Bei einigen Verfahren wird eine sekundäre Nachbearbeitung als achter Schritt hinzugefügt. IATF-16949-zertifizierte Zulieferer wie Shaoyi nutzen bereits in der Entwurfsphase CAE-Simulationen, um Fehler vor der Herstellung der Produktionswerkzeuge vorherzusagen.

3. Wie erfolgt das Stanzen?

Das Stanzen erfolgt durch Zuführen von flachem Blech – in Coil- oder Zuschnittform – in eine Stanzpresse mit hochpräzisen Werkzeugen. Der Pressenstößel bewegt sich abwärts und drückt den Stempel in den Hohlraum des Matrizenblocks, wobei durch kontrollierten Druck das Metall mittels Schneid-, Biege- oder Umformvorgängen geformt wird. Moderne mechanische Pressen erreichen 20 bis 1.500 Hübe pro Minute, während hydraulische und Servopressen eine variable Kraftsteuerung für komplexe Geometrien bieten. Eine geeignete Schmierung reduziert die Reibung, Führungsbolzen gewährleisten die Ausrichtung, und Abstreiferplatten entfernen die fertigen Teile. Qualitätsmanagement-Systeme – darunter SPC-Überwachung und dimensionsbezogene Prüfungen – stellen sicher, dass jedes Bauteil die geforderten Spezifikationen erfüllt.

4. Welche Materialien werden üblicherweise beim Metallstanzen verwendet?

Häufig verwendete Materialien für das Metallstanzen sind unlegierter Stahl (ausgezeichnete Umformbarkeit, kostengünstig), Edelstahl (korrosionsbeständig, erfordert jedoch 50–100 % mehr Umformkraft), Aluminium (leicht – nur ein Drittel der Dichte von Stahl), Kupfer (98 % elektrische Leitfähigkeit für Kontakte) und Messing (ausgezeichnete Zerspanbarkeit für Steckverbinder). Die Materialauswahl hängt von der Stanzbarkeit ab – also der Neigung des Metalls, sich umformen zu lassen – unter Berücksichtigung von Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, Verfestigungsverhalten bei Kaltumformung und Blechdicke. Beispielsweise verfestigen sich austenitische Edelstähle bei der Kaltumformung rasch, weshalb härtere Werkzeugwerkstoffe und geeignete Spielmaße erforderlich sind, um Rissbildung zu vermeiden.

5. Wann sollte ich Stanzen statt CNC-Fräsen oder anderer Verfahren wählen?

Wählen Sie das Stanzen, wenn mehr als 10.000 Teile hergestellt werden, da sich die Werkzeuginvestition durch deutlich niedrigere Stückkosten amortisiert (0,30–1,50 USD im Vergleich zu 5–50 USD beim CNC-Fräsen). Das Stanzen zeichnet sich durch eine Hochgeschwindigkeitsfertigung aus (bis zu 1.000 Hub pro Minute) und erreicht eine Materialausnutzung von 85–95 % bei konstanter Wiederholgenauigkeit. Die CNC-Bearbeitung eignet sich für Prototypen und Kleinserien mit weniger als 1.000 Teilen aufgrund der geringen Rüstkosten. Der 3D-Druck ermöglicht komplexe innere Geometrien, die sich nicht stanzen lassen. Für mittlere Losgrößen mit häufigen Konstruktionsänderungen kommt das Laserschneiden in Betracht. Partner wie Shaoyi bieten innerhalb von fünf Tagen einen schnellen Prototypenbau zur Validierung von Konstruktionen an, bevor in die Serienfertigungswerkzeuge investiert wird.