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Eine Fallstudie zu Präzisionstrennen vs. Stanzen

Wenn ein gestanzter Abstandshalter einfach nicht gut genug ist

Es war einmal – vor mehr als 20 Jahren – ein großer Automobilhersteller hatte eine großartige Idee für sein Kraftstoffeinspritzsystem:Sie erfanden eine Klappe, die sich wie eine Herzklappe öffnete und schloss, um abwechselnd Kraftstoff zu dosieren und zu verschließen Kraftstoff ein. Um zu diesem neuen Klappenventil zu passen, benötigte das Unternehmen einen Dichtungsring mit Dicke, Ebenheit und Parallelitätsabmessungen, die auf Mikrometer-Toleranzen kontrolliert wurden.

Konkret wünschte sich der Autohersteller einen kleinen, perfekt flachen Ring, der eine Oberfläche bildet, die genau auf die Oberfläche der Klappe passt und dicht abschließt, damit bei geschlossener Klappe kein Kraftstoff austreten kann. Die Oberfläche des Abstandshalters müsste widerstandsfähig gegen Verschmutzung sein, um eine dichte Abdichtung aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass Kraftstoff in das Einspritzsystem leckt. Es müsste auch Milliarden von Zyklen mit wiederholtem Öffnen und Schließen der Klappe standhalten.

Das Automobilunternehmen suchte nach einem sehr dünnen, scheibenähnlichen Metallring, der weniger als 0,050 Zoll dick war und Toleranzen für Ebenheit, Rechtwinkligkeit und Parallelität im Mikrometerbereich aufwies, um jegliche Oberflächenverzerrung zu verhindern. Der Abstandshalter musste außerdem unabhängig von den Temperaturen, denen er ausgesetzt war, einwandfrei funktionieren – von eisiger Kälte bis hin zu glühender Motorhitze. Darüber hinaus benötigte das Unternehmen Millionen dieser Abstandshalter und wollte sie zu einem niedrigen Preis!

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Die Präzisionsstempeloptionen

Es stellte sich heraus, dass es eine echte Herausforderung war, einen perfekt flachen Distanzring zu erreichen, und der Autohersteller hatte Mühe, ein Teil zu finden, von dem er überzeugt war, dass es sich unter Motorbedingungen nicht verziehen würde.

Zunächst ging der Autohersteller für die Herstellung des Abstandshalters zu einem Präzisionsstanzunternehmen. Den Ring aus einem Blech zu stanzen, schien zunächst die perfekte Methode zu sein, um ein flaches Teil mit horizontaler Maserung zu erhalten. Beim Testen konnte das Teil jedoch seine Ebenheit nicht beibehalten, wobei entlang des Körpers immer eine gewisse Krümmung auftrat; Außerdem würde sich die gestanzte Kante des Teils verformen.

Als nächstes probierte der Autohersteller einen Lieferanten aus, der die Distanzringe durch Feinschneiden herstellen würde, ein Präzisions-Metallumformungsverfahren, das eine Mischung aus Stanz- und Kaltfließpressverfahren ist. Beim Feinschneiden werden eine hydraulische Dreifachbewegungspresse und speziell entwickelte Werkzeuge verwendet, um Teile mit vollständig gescherten, gerade geschnittenen Kanten herzustellen.

Für die Abstandshalteranwendung des Autoherstellers erzeugte das Feinschneidverfahren einen sauberer geschnittenen Umfang als herkömmliches Präzisionsstanzen. Abgesehen davon, dass es etwas teurer war als herkömmliches Präzisionsstanzen, erzeugte das Feinschneiden jedoch keine Ebenheit, die über die Zeit aufrechterhalten werden konnte. Der Autohersteller entdeckte auch, dass die Kornrichtung dieser Prozesse ihnen Probleme bei der Lebensdauerprüfung verursachte.

Die dritte Option ist der Zauber

Schließlich kam der Autohersteller zu Metal Cutting, um andere Optionen zu erkunden, um die richtige verzerrungsfreie Ebenheit, scharfe Kante und den richtigen Außendurchmesser für seinen Distanzring zu erreichen. Wir haben einen anderen Ansatz als die vorherigen Anbieter gewählt und die Verwendung von Rohren vorgeschlagen – entweder extrudiert oder mit einem massiven Stab oder einem größeren Rohr, das durch eine Matrize gezogen wird, um den richtigen Innendurchmesser zu erzielen – um einen Ring herzustellen, der dann auf die richtige Dicke präzisionsgeschnitten wurde für den Abstandshalter benötigt.

Im Gegensatz zum Stanzen und Feinschneiden erzeugte das Präzisionstrennen eine Kornstruktur in Ziehrichtung des Rohrs, die im Vergleich zu einem Flachkorn die Wahrscheinlichkeit des Verziehens im Laufe der Zeit verringerte. Wo das Stanzen und Feinschneiden beim Abscheren des Materials zu Zugerscheinungen und Graten führen konnte, erzeugte das Präzisionstrennen scharfe Eckenradien. In der Lage, gratfreies Trennen von sehr dünnen Materialien ohne Verformung oder Verzerrung der Enden zu ermöglichen, hielt das Präzisionstrennen auch enge Toleranzen ein und lieferte gleichzeitig die Abmessungen, die der Autohersteller für seinen sehr dünnen Abstandshalter benötigte.

Am Ende erwies sich die Präzisionsabschaltung als die „glücklich bis ans Ende“-Option für diese Anwendung. Das Verfahren wäre zwar im Vorfeld nicht so günstig wie Stanzen oder Feinschneiden, aber die Kosten waren es wert, verglichen mit den Kosten für den Austausch, wenn die revolutionäre Klappe des Autoherstellers mit einem Abstandshalter eingebaut worden wäre, der dazu bestimmt war, zu versagen – nicht nur einmal, sondern millionenfach Mal.


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