Stanzfertigung von Lenksäulenkomponenten: Fertigungs- und Materialleitfaden

Zusammenfassung

Das Stanzen ist das dominierende Fertigungsverfahren für sicherheitsrelevante Bauteile in hohen Stückzahlen gestanzte Lenksäulenkomponenten , einschließlich Halterungen, Neigungsverstellmechanismen und zusammenklappbare Mäntel. Im Vergleich zu herkömmlichen Gussverfahren bietet das Metallstanzen mit hochfesten, niedriglegierten (HSLA-)Stählen eine erhebliche Gewichtsreduktion und niedrigere Stückkosten, während gleichzeitig strenge Crashteststandards eingehalten werden. Dieser Leitfaden untersucht die technische Machbarkeit, Strategien zur Werkstoffauswahl und Lieferantenanforderungen (wie IATF 16949), die für die Konstruktion robuster Lenkanlagen erforderlich sind.

Kritische gestanzte Komponenten in Lenksäulen

Moderne Lenksäulen sind komplexe Baugruppen, die eine hohe Präzision erfordern, um die Sicherheit und den Komfort des Fahrers zu gewährleisten. Das Metallstanzen ermöglicht es Ingenieuren, komplizierte Geometrien mit hoher Wiederholgenauigkeit herzustellen. Die folgenden Komponenten eignen sich besonders gut für Progressiv- und Transferstanzen.

Montagewinkel und strukturelle Träger

Die Lenksäule muss formschlüssig mit dem Querträger oder der Trennwand des Fahrzeugs verbunden sein, um Vibrationen zu vermeiden. Geschlagene Montagewinkel werden in vielen Serienanwendungen gegenüber Aluminiumguss bevorzugt, da sie ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aufweisen. Diese Winkel werden üblicherweise aus HSLA-Stahl gefertigt, um hohen statischen Lasten und dynamischen Betriebskräften standzuhalten, ohne zu verformen.

Neige- und Teleskopverstellmechanismen

Die Fahrerergonomie hängt von den Verstellmechanismen für Neigung (Rake) und Auszug (Reach) ab. Die zum Einsatz kommenden Verriegelungsplatten und Zähne werden häufig nahezu fertiggewalzt geformt. Hier kommt häufig das Präzisionsfeinschneiden zum Einsatz, um die sauberen Scherkanten zu erzielen, die für einen gleichmäßigen Verriegelungseingriff erforderlich sind, wodurch sekundäre Bearbeitungsschritte entfallen.

Zusammenklappbare Jacken und Sicherheitszonen

Im Falle einer Frontalkollision ist die Lenksäule so konstruiert, dass sie zusammenbricht und dabei Energie absorbiert, um den Fahrer zu schützen. Dies wird häufig durch gestanzte und gewalzte energieabsorbierende Platten oder gitterartige Halterungen erreicht, die sich kontrolliert verformen. Hersteller verwenden spezielle Werkzeuge, um gezielte Kerben oder Wellungen im Metall zu erzeugen, sodass die Komponente unter einer bestimmten Last vorhersagbar knickt.

Fertigungsverfahren: Progressives Stanzen vs. Transferstanzen

Die Wahl der richtigen Stanzmethode ist entscheidend, um die Werkzeugkosten mit den Stückkosten in Einklang zu bringen. Bei Lenksäulenkomponenten liegt die Entscheidung oft zwischen progressivem Stanzen und Transfertstanzen.

Progressive Stanztechnik

Für kleinere Bauteile mit hohem Volumen wie Verriegelungsratschen, Klammern und kleine Halterungen ist das progressive Stanzverfahren der Standard. Dabei wird eine Metallspule durch einen einzigen Werkzeugblock mit mehreren Stationen geführt. Jede Station führt eine bestimmte Operation durch – Schneiden, Biegen oder Stanzen – während das Band vorwärts bewegt wird. Dieses Verfahren erreicht hohe Hubzahlen pro Minute (SPM), wodurch die Taktzeit und der Stückpreis bei automobilen Serien mit hohem Volumen deutlich reduziert werden.

Transfertstanzen für komplexe Geometrien

Größere strukturelle Gehäuse oder Bauteile, die tiefe Ziehungen erfordern, benötigen oft die Transferstanzen. Im Gegensatz zu progressiven Werkzeugen, bei denen die Teile am Band verbunden bleiben, bewegt die Transferstanze einzelne Rohlinge mittels mechanischer Greifer zwischen den Stationen. Dies ermöglicht komplexere Umformvorgänge und eine bessere Materialausnutzung, was besonders wichtig ist, wenn teure Stähle in Automobilqualität verarbeitet werden.

Vom Prototyp bis zur Massenproduktion

Die frühzeitige Überprüfung der Fertigbarkeit in der Entwurfsphase ist entscheidend. Automobil-OEMs verlangen von Zulieferern häufig den Nachweis der Leistungsfähigkeit über den gesamten Produktlebenszyklus. Hersteller, die eine Brücke vom schnellen Prototyping zur Serienfertigung schlagen können, bieten einen strategischen Vorteil. Zum Beispiel Shaoyi Metal Technology bietet umfassende Stanzlösungen, die von ersten Prototypen bis hin zur Großserienfertigung skalierbar sind, und setzt Pressen mit bis zu 600 Tonnen ein, um kritische Komponenten wie Querlenker und Subrahmen gemäß IATF-16949-Standards herzustellen.

Konstruktionsherausforderungen und Werkstoffauswahl

Das Stanzen sicherheitskritischer Lenkungsteile erfordert das Beherrschen komplexer metallurgischer Verhaltensweisen. Ingenieure müssen Materialeigenschaften berücksichtigen, die sowohl die Herstellbarkeit als auch die Leistung des fertigen Teils beeinflussen.

Beherrschung von Rückfederung bei HSLA-Stählen

Um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, setzen Hersteller zunehmend auf hochfeste niedriglegierte (HSLA) Stähle. Diese Materialien weisen zwar hohe Festigkeit auf, zeigen aber eine ausgeprägte Rückfederung – die Tendenz des Metalls, nach dem Umformen in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Ausgleichsstrategien in der Werkzeugauslegung, gestützt durch die Finite-Elemente-Analyse (FEA), sind entscheidend, um Toleranzen einzuhalten, insbesondere bei ineinander greifenden Teilen von teleskopierbaren Säulen.

Engere Toleranzen und Crashtauglichkeit

Lenkungskomponenten arbeiten spielfrei, um die Lenkpräzision sicherzustellen. Gestanzte Teile müssen enge Toleranzen einhalten (häufig innerhalb von +/- 0,05 mm), um Klappergeräusche oder Spiel zu vermeiden. Darüber hinaus muss das Material duktil bleiben, um Risse während der schnellen Verformung bei einem Crashereignis zu verhindern. Die Auswahl der richtigen Stahlsorte erfordert eine Balance zwischen Streckgrenze für Haltbarkeit und Dehnungseigenschaften, die für die Energieaufnahme erforderlich sind.

Kriterien zur Lieferantenauswahl für Automotive-Stanzteile

Die Beschaffung gestanzter Lenkungskomponenten erfordert einen Bewertungsprozess, der über den Preis hinausgeht. Das Qualitätsmanagementsystem und die technischen Fähigkeiten des Lieferanten sind entscheidend.

• IATF-16949-Zertifizierung: Dies ist die nicht verhandelbare Grundvoraussetzung für Automobilzulieferer und stellt sicher, dass die Qualitätsmanagementsysteme auf die Anforderungen der OEM ausgerichtet sind.
• Eigene Werkzeug- und Formenbau-Kapazitäten: Lieferanten mit internen Werkzeugbauabteilungen können schneller auf Konstruktionsänderungen reagieren und Werkzeuge effektiver warten, wodurch Ausfallzeiten reduziert werden.
• Simulation und Co-Design: Lieferanten der obersten Kategorie verwenden Simulationssoftware, um Umformprobleme vor dem Schneiden des Stahls vorherzusagen. Achten Sie auf Partner, die bereit sind, gemeinsam mit Ihnen das Bauteil-Design für den Stanzprozess zu optimieren.
• Mehrwertdurch Montage: Viele Lenkungskomponenten erfordern sekundäre Bearbeitungsschritte. Lieferanten, die Inline-Schweißen, Nietverbindungen oder die Montage von Halterungen an Rohren anbieten, liefern eine komplettere Lösung und reduzieren die logistische Komplexität.

Zusammenfassung der Fertigbarkeit

Der Wechsel vom Gießen zum Stanzen bei der Herstellung von Lenksäulen wird durch das unerbittliche Streben der Automobilindustrie nach Gewichtsreduktion und Kosteneffizienz vorangetrieben. Durch den Einsatz fortschrittlicher Verfahren wie dem progressiven Stanzens und Materialien wie HSLA-Stahl können Ingenieure Bauteile entwickeln, die strengen Sicherheitsstandards genügen und gleichzeitig die Produktionskennzahlen optimieren. Erfolg in diesem Bereich setzt ein tiefes Verständnis des Werkstoffverhaltens sowie eine Zusammenarbeit mit leistungsfähigen, zertifizierten Herstellern voraus.

Häufig gestellte Fragen

1. Was sind die Hauptkomponenten eines Lenksystems?

Zu den Hauptkomponenten eines modernen Lenksystems gehören das Lenkrad, die Lenksäule (die die Welle und die Sicherheitsmechanismen enthält), das Lenkrad (Rak und Pinien oder Kreislaufkugel) und die Schnalle, die Kraft auf die Lenkrollen an den Rädern übertragen. Bei elektrischen Servolenkungssystemen (EPS) sind auch ein Elektromotor und eine ECU in die Säule oder das Rack integriert.

2. Die Welches Bauteil überträgt die Lenkräfte auf die Räder?

Die Schnalle ist die kritische Verbindungskomponente, die die seitliche Bewegung vom Lenkrad auf die Lenkknöchel an den Rädern überträgt. Sie sind dafür verantwortlich, die Räder zu schieben und zu ziehen, um ihren Winkel zu ändern, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug genau auf die Eingabe des Fahrers reagiert.