Zusammenfassung

Die Auswahl des optimalen Schmierstoffs für die Automobil-Stanztechnik ist eine entscheidende ingenieurtechnische Entscheidung, die von drei Hauptfaktoren abhängt: dem Werkstückmaterial (speziell Karosserie-Aluminium vs. hochfester Stahl), der Auftragsmethode (Kontaktrollen vs. berührungslose Sprühtechnik) und der Verträglichkeit nach der Bearbeitung. Die moderne Automobilproduktion bevorzugt zunehmend chlorfreie Emulsionsöle oder Heißschmelztechnologien, um den tribologischen Anforderungen von Aluminiumlegierungen gerecht zu werden und gleichzeitig die spätere Schweißbarkeit sowie die Einhaltung umweltrechtlicher Vorschriften sicherzustellen. Um Ausfälle wie Kaltverschweißungen oder hydraulisches Kleben zu vermeiden, müssen Ingenieure die Fluidviskosität (<20 cSt für leichte Umformprozesse) an die Pressgeschwindigkeiten und die Oberflächentopografie des Materials anpassen. Letztlich muss die richtige Wahl eine ausgewogene Balance zwischen Reibungsverringerung, einfacher Reinigung und problemloser Entsorgung bieten.

Wesentliche Auswahlkriterien: Material- und Prozessvariablen

Die Grundlage der Schmierstoffauswahl liegt in der Wechselwirkung zwischen dem Werkstückmaterial und der Stanzpresse. Unterschiedliche Metalle reagieren sehr unterschiedlich auf Reibung und Wärme, was unterschiedliche chemische Zusammensetzungen erforderlich macht. Bei Automobilanwendungen besteht die deutlichste Unterscheidung zwischen Aluminiumlegierungen und hochfesten Stählen.

Aluminium-Karosserieteile (BIW) verwenden typischerweise Legierungen der Baureihen 5xxx und 6xxx, die anfällig für Kaltverschweißung sind – ein Fehler, bei dem sich das Aluminium auf der Werkzeugoberfläche festsetzt. Um dies zu verhindern, müssen Schmierstoffe starke Grenzschmierungseigenschaften aufweisen. Während früher reine Öle Standard waren, hat sich die Industrie zunehmend hin zu chlorfreien wasseremulgierbaren Ölen und Emulsionen entwickelt. Diese Fluide bieten den notwendigen Barrierezugenschutz, ohne den starken Rückstand zu hinterlassen, der die nachfolgende Schweißung erschwert. Im Gegensatz dazu erzeugen Hochfeste Stähle (AHSS) äußerst hohe Temperaturen und Drücke, weshalb häufig Extreme-Druck-(EP-)Additive (wie Schwefel oder Phosphor) erforderlich sind, um Werkzeugausfälle zu vermeiden.

Die Viskosität ist eine weitere technische Spezifikation, die nicht vernachlässigt werden darf. Ein häufiger Fehler beim Hochgeschwindigkeitsstanzen ist die Auswahl eines Schmierstoffs, der zu dickflüssig ist. Beispielsweise weisen Standard-Walzöle oft eine Viskosität von etwa 40 cSt bei 40 °C auf. Obwohl sie wirksam vor Korrosion während der Lagerung schützen, kann diese Dicke beim Stanzen einen „hydraulischen Effekt“ verursachen, bei dem die Flüssigkeit den Werkzeughohlraum nicht schnell genug verlassen kann, wodurch verhindert wird, dass das Blech der Werkzeuggeometrie folgt. Für präzises Umformen werden dünnflüssigere Medien (häufig <20 cSt ) bevorzugt, um einen gleichmäßigen Metallfluss sicherzustellen und zu verhindern, dass sich die Bleche aufgrund der Oberflächenspannung verkleben.

Die Produktionsgeschwindigkeit und -menge beeinflussen ebenfalls die Leistung von Schmierstoffen. Hochgeschwindigkeitspressen erzeugen erhebliche Reibungswärme, weshalb ein Fluid mit hervorragenden Kühlwirkungen erforderlich ist – typischerweise wasserlösliche Kühlschmierstoffe. Für Hersteller, die komplexe Lieferketten managen, ist die Zusammenarbeit mit leistungsfähigen Fertigungsspezialisten oft genauso entscheidend wie die Chemie selbst. Unternehmen wie Shaoyi Metal Technology nutzen IATF-16949-zertifizierte Präzisionsprozesse, um diese Variablen zu beherrschen, und sorgen dafür, dass sowohl bei Schnellbauteilen als auch bei Millionen von OEM-Komponenten die Schmierstoffe und Prozessparameter konstant bleiben.

Schmierstofftypen: Chemie und Leistungsvergleich

Das Verständnis der verfügbaren chemischen Kategorien ist entscheidend für eine fundierte Auswahl. Automobilstanzereien wählen in der Regel zwischen vier Hauptkategorien, die jeweils unterschiedliche Kompromisse hinsichtlich Schmierwirkung, Kühlung und Waschbarkeit aufweisen.

• Direktöle: Dies sind reine Öle ohne Wasseranteil. Sie bieten hervorragende Schmierwirkung und Korrosionsschutz, wodurch sie ideal für die Hochleistungsstanzung schwieriger Stahlteile sind. Allerdings weisen sie schlechte Kühlwirkung auf und hinterlassen einen starken öliges Rückstand, der schwer zu reinigen ist und oft eine lösemittelbasierte Entfettung erfordert.
• Wasserlösliche Öle (Emulsionen): Sie sind die Arbeitstiere der modernen Pressenabteilung. Aus in Wasser dispergiertem Öl bestehend, bieten sie eine ausgewogene Kombination aus Schmierwirkung (vom Öl) und Kühlung (vom Wasser). Sie sind leichter zu reinigen als reine Öle und mit den meisten Schweißverfahren kompatibel. Neue chlorfreie Formulierungen gewinnen zunehmend an Beliebtheit, um Umweltvorschriften zu erfüllen.
• Synthetika: Diese Fluide enthalten kein Mineralöl und nutzen chemische Polymere für die Schmierfähigkeit. Sie laufen sehr sauber, bieten hervorragende Kühlung und sind transparent, sodass die Bediener das Werkstück während der Formgebung sehen können. Allerdings können sie teurer sein und hartnäckige, lackähnliche Rückstände hinterlassen, wenn sie nicht ordnungsgemäß gewartet werden.
• Trockenschmierstoffe & Heißschmelz-Schmierstoffe: Unverzichtbar für die komplexe Umformung von Aluminium, insbesondere bei Tiefziehverschlüssen. Heißschmelz-Schmierstoffe werden im Walzwerk aufgetragen und sind bei Raumtemperatur trocken (ähnlich wie Wachs), aktivieren sich jedoch erst, wenn die Reibungswärme der Presse sie weich macht. Dadurch wird eine hervorragende Grenzschmierung erreicht, ohne die Unordnung flüssiger Öle zu verursachen. Zum Entfernen ist jedoch eine spezielle Vorreinigung (häufig bei erhöhten Temperaturen) erforderlich.

Applikationsstrategie: Kontakt- vs. Nicht-Kontakt-Systeme

Sogar die perfekte chemische Zusammensetzung versagt, wenn sie falsch aufgetragen wird. Die Devise für die Applikation lautet: "die richtige Menge, am richtigen Ort, zur richtigen Zeit." Inkonsistente Abdeckung führt zu lokalem Werkzeugverschleiß und Bauteilrissen, während eine Überdosierung Sicherheitsrisiken und Abfall verursacht.

Rollenbeschichter (Kontakt): Ideal geeignet für flache Zuschnitte und Bandmaterial berühren Rollensysteme das Metall physisch, um einen konsistenten, gleichmäßigen Film aufzutragen. Sie sind äußerst effizient und minimieren das Versprühen, wodurch die Produktionsfläche sauberer bleibt. Rollenbeschichter benötigen typischerweise 12 bis 15 Zoll Platz in der Linie und eignen sich hervorragend, um eine vollständige Oberflächenbedeckung sicherzustellen. Allerdings können sie begrenzt sein, wenn bestimmte Problemzonen an komplex geformten Teilen geschmiert werden müssen.

Sprühsysteme (nicht-kontakt): Bei komplexen Geometrien oder wenn bestimmte Werkzeugbereiche zusätzliche Schmierung benötigen, sind Sprühsysteme überlegen. Moderne druckluftfreie oder elektrostatische Sprühsysteme können gezielt bestimmte Zonen ansprechen, ohne das Metall zu berühren, wodurch das Risiko von Oberflächenmarkierungen reduziert wird. Dies ist entscheidend bei Class-A-Oberflächen im Automobilbau, wo visuelle Perfektion vorgeschrieben ist. Die Herausforderung bei Sprühsystemen besteht darin, den Überschussnebel zu kontrollieren; ohne geeignete Abschirmung und Nebelabsaugung können sie die Luftqualität erheblich beeinträchtigen und kostbares Fluid verschwenden.

Kompatibilität nach der Bearbeitung: Reinigung und Verbindung

Die Aufgabe eines Umformtrennmittels ist nicht beendet, sobald das Bauteil die Presse verlässt. Es muss mit nachfolgenden Prozessen wie Schweißen, strukturellem Kleben und Lackieren kompatibel bleiben. In der Automobilindustrie ist dies oft der entscheidende Faktor.

Schweißbarkeit und Verklebung: Strukturelle Klebstoffe werden zunehmend zur Verbindung von Aluminiumteilen eingesetzt. Schmiermittelrückstände müssen mit diesen Klebstoffen verträglich sein oder leicht abwaschbar sein. Aktuelle Entwicklungen in der Branche haben die Entwicklung von Bandreinigungsölen hervorgebracht, die speziell für verbesserte Haftung bei Aluminiumverklebungen konzipiert sind und ältere, auf Stahl ausgerichtete Öle ersetzen, die die Integrität der Verbindungen beeinträchtigten.

Reinigung und Arbeitssicherheit sowie Umweltschutz: Die Waschbarkeit eines Schmiermittels wird danach bewertet, wie leicht es in einem alkalischen Bad entfernt werden kann. Mineralöle mit schweren chlorierten Paraffinen sind bekanntermaßen schwer zu reinigen und stellen Herausforderungen bei der umweltgerechten Entsorgung dar. Daher schreiben viele OEMs chlorfrei flüssigkeiten, um die hohen Kosten für die Entsorgung von gefährlichem Abfall zu vermeiden. Zur Überprüfung der Verträglichkeit sollten Stanzunternehmen einen „Flecktest“ durchführen: Ein Probekörper wird 24 Stunden lang in das Schmiermittel eingetaucht, um auf Verfärbungen oder Ätzstellen zu prüfen, die später auf mögliche Haftungsprobleme der Lackierung hinweisen könnten.

Prüfung und Validierung: Sicherstellung der Leistung

Bevor ein Schmiermittel für einen vollständigen Serienlauf eingesetzt wird, sind umfassende Tests erforderlich, um die tribologische Leistung zu überprüfen. Die alleinige Orientierung an Datenblättern reicht bei kritischen Fahrzeugkomponenten nicht aus.

• Cup-Draw-Test: Ein Standardverfahren, bei dem ein Stempel aus einem flachen Ausgangsblech eine Tasse zieht, bis zum Bruch. Es misst die Fähigkeit des Schmiermittels, den Metallfluss unter Zugbelastung zu unterstützen.
• Dreh-Druck-Test: Bewertet die Filmdicke des Schmiermittels unter Rotation und Druck und simuliert so die Reibung, wie sie bei Tiefziehvorgängen auftritt.
• vier-Kugel-Verschleißtest: Wird hauptsächlich verwendet, um die Eigenschaften eines Fluids unter extremem Druck (EP) zu messen und zeigt an, wie gut es Werkzeuge unter hohen Lasten schützt.

Der Übergang vom Labor in die Produktion beinhaltet einen Probelauf. Ingenieure sollten auf „hydraulisches Verkleben“ (bei dem Teile aufgrund von überschüssigem Fluid an der Matrize haften bleiben) und „Kaltenpressen“ (Aluminiumaufbau auf dem Werkzeug) achten. Eine erfolgreiche Validierung bedeutet, dass das Schmiermittel alle drei Anforderungen erfüllt: Es formt das Bauteil innerhalb der Toleranzen, es lässt sich in der vorhandenen Reinigungsanlage vollständig entfernen und ermöglicht eine fehlerfreie Schweißung und Lackierung.

Zusammenfassung: Die endgültige Entscheidung treffen

Die Auswahl des richtigen Schmierstoffs für das automotive Stanzverfahren ist ein Spagat zwischen Tribologie und Verfahrenstechnik. Erforderlich ist eine ganzheitliche Betrachtung, die die Werkstoffeigenschaften (Al vs. Stahl), die Präzision des Auftragsystems sowie die strengen Anforderungen der nachgeschalteten Montage berücksichtigt. Durch die Priorisierung chlorfreier Chemikalien und die Anpassung der Viskosität an die Pressendynamik können Hersteller sowohl die Bauteilqualität als auch die betriebliche Effizienz optimieren.

Häufig gestellte Fragen

ist Schmierung für alle Arten des Metallstanzens erforderlich?

Ja, nahezu alle Metallstanzverfahren erfordern irgendeine Form der Schmierung, um Reibung zu verringern, Wärme abzuleiten und Werkzeuge zu schützen. Selbst das sogenannte „trockene“ Stanzverfahren verwendet oft ein werkseitig aufgebrachtes Walzöl oder einen speziellen Schmierfilm. Der Betrieb ohne jegliche Schmierung führt typischerweise zu schnellem Werkzeugverschleiß, Beschädigungen der Bauteile und sogar zu katastrophalem Werkzeugversagen, insbesondere bei Materialien wie Aluminium oder hochfestem Stahl.

welche Art von Schmierstoff eignet sich am besten für Aluminium-Autoteile?

Für Aluminium-Karosserien (BIW) bewegt sich der Industriestandard hin zu chlorfreien wasseremulgierbaren Ölen oder Heißschmelz-Schmierstoffen. Diese bieten die notwendige Grenzschmierung, um Kaltverschweißung zu verhindern, sind dabei leichter zu reinigen und umweltfreundlicher als herkömmliche schwere Schneidöle. Heißschmelz-Varianten eignen sich besonders gut für Tiefziehteile wie Karosserieabschlüsse.

3. Wie beeinflusst die Viskosität des Schmierstoffs die Stanzqualität?

Die Viskosität bestimmt die Filmdicke. Ist sie zu hoch (>40 cSt), kann es zum „hydraulischen Effekt“ kommen, wodurch das Metall nicht vollständig in den Werkzeughohlraum eingeformt wird, was zu Maßungenauigkeiten führt. Umgekehrt kann bei zu niedriger Viskosität der Schmierfilm unter Druck abrechen, was zu Metall-auf-Metall-Kontakt und Kratzspuren führt. Für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsstanzanwendungen werden oft leichtviskose Öle (<20 cSt) bevorzugt.

4. Was ist der Unterschied zwischen Schneidöl und wasserlöslichen Stanzflüssigkeiten?

Gerade Öle sind zu 100 % ölbasiert und bieten maximale Schmierfähigkeit für schwere Bearbeitungen, sind jedoch schwer zu reinigen und bieten eine schlechte Kühlung. Wasserlösliche Fluide (Emulsionen) enthalten Wasser und sorgen so für hervorragende Kühlung und leichtere Abwaschbarkeit, wodurch sie sich ideal für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen eignen, bei denen Wärmeentwicklung ein Problem darstellt. Wasserlösliche Fluide sind im Allgemeinen besser mit nachfolgenden Schweiß- und Lackierprozessen verträglich.