Umformtechnik Stanzen: Arten, Prozesse & Anwendungen im Überblick

Was ist Stanzen?

Stanzen oder Pressen ist ein Fertigungsverfahren, bei dem flache Metallbleche in ihre endgültige Form gebracht werden. Dabei wird ein flaches Metallblech – entweder als Zuschnitt (Blank) oder als Coil – in eine Stanzpresse eingelegt, wo ein Werkzeug und eine Matrize das Metall in die gewünschte Endform bringen.

Das Stanzen umfasst eine Vielzahl von Blechumformverfahren, wie Stanzen mit einer Maschinenpresse oder Stanzpresse, Ausschneiden, Prägen, Biegen, Flanschen und Prägen (Coining).

Dies kann ein einstufiger Prozess sein, bei dem jeder Hub der Presse die gewünschte Form auf dem Blechteil erzeugt, oder er kann in einer Reihe von Schritten erfolgen. Das Verfahren wird üblicherweise an Blechen durchgeführt, kann aber auch für andere Materialien wie Polystyrol angewendet werden.

Folgeverbundwerkzeuge werden häufig aus einem Stahlcoil gespeist: Coilspule zum Abwickeln des Coils, Richtmaschine zum Ebenen des Coils und dann in einen Zuführer, der das Material mit einer vorbestimmten Vorschublänge in die Presse und die Werkzeuge führt. Je nach Teilekomplexität kann die Anzahl der Stationen im Werkzeug bestimmt werden.

Stanzen erfolgt meist an kaltem Blech. Für Warmumformverfahren siehe Schmieden.

Kurze Geschichte

Man geht davon aus, dass die ersten Münzen im 7. Jahrhundert v. Chr. von den Lydern im heutigen Türkei geprägt wurden. Das Münzhammerverfahren blieb bis 1550 die wichtigste Methode der Münzproduktion. Marx Schwab in Deutschland entwickelte ein neues Stanzverfahren, bei dem bis zu 12 Männer ein großes Rad drehten, um Metall in Münzen zu pressen. Der Stanzprozess wurde in den 1880er Jahren weiter innoviert.

Gestanzte Teile wurden in den 1880er Jahren für massenproduzierte Fahrräder verwendet. Stanzen ersetzte Gesenkschmieden und Zerspanung, was zu stark reduzierten Kosten führte. Zwar waren sie nicht so fest wie geschmiedete Teile, aber von ausreichender Qualität.

1890 wurden gestanzte Fahrradteile aus Deutschland in die USA importiert. US-Unternehmen ließen daraufhin Stanzmaschinen von US-Werkzeugmaschinenherstellern nach Maß fertigen. Durch Forschung und Entwicklung war Western Wheel in der Lage, die meisten Fahrradteile zu stanzen.

Mehrere Automobilhersteller übernahmen das Stanzen von Teilen. Henry Ford widersetzte sich zunächst den Empfehlungen seiner Ingenieure, Stanzteile zu verwenden, aber als sein Unternehmen die Nachfrage mit Gesenkschmieden nicht decken konnte, war Ford gezwungen, auf Stanzteile umzusteigen.

In der Geschichte des Metallstanzens, Schmiedens und Tiefziehens sind Pressen aller Art das Rückgrat der Metallfertigung. Die Prozesse werden durch das Bewegen von mehr Metall in einem Presshub weiter verbessert. Pressen und vernetzte Automatisierungsgeräte erhöhen die Produktionsraten, senken die Arbeitskosten und bieten mehr Sicherheit für die Arbeiter.

In der heutigen Stanzumgebung können Steuerungen wie I-PRESS mit Connected Enterprise Historien aufzeichnen, Berichte senden oder die I-PRESS & Automation-Steuerung von entfernten oder mobilen Geräten aus eingesehen werden. Ein neuer Trend bei der Erfassung von Informationen über die heutige Produktion für historische Daten.

Arten des Metallstanzens

Es gibt drei Hauptarten von Metallstanztechniken: Folgeverbundstanzen, Vierer-Schlitten-Stanzen und Tiefziehen.

1. Folgeverbundstanzen (Progressive Die Stamping)

Folgeverbundstanzen zeichnen sich durch mehrere Stationen aus, jede mit einer einzigartigen Funktion.

Zunächst wird Streifenmetall durch eine Folgeverbundstanzpresse geführt. Der Streifen wird gleichmäßig von einer Spule abgewickelt und in das Stanzwerkzeug geführt, wo jede Station im Werkzeug einen anderen Schnitt, Stanzung oder Biegung ausführt. Die Aktionen jeder aufeinanderfolgenden Station bauen auf der Arbeit der vorherigen Stationen auf, was zu einem fertigen Teil führt.

Ein Hersteller müsste andernfalls wiederholt das Werkzeug an einer einzelnen Presse wechseln oder mehrere Pressen beanspruchen, die jeweils eine für ein fertiges Teil erforderliche Aktion ausführen. Selbst bei Verwendung mehrerer Pressen waren sekundäre Zerspanungsoperationen oft erforderlich, um das Teil wirklich fertigzustellen. Aus diesem Grund ist das Folgeverbundstanzen die ideale Lösung für Metallteile mit komplexer Geometrie, um:

• Schnellere Durchlaufzeiten
• Geringere Arbeitskosten
• Kürzere Lauflängen
• Höhere Wiederholgenauigkeit

2. Vierer-Schlitten-Stanzen (Fourslide Stamping)

Vierer-Schlitten (oder Multi-Slide) beinhaltet eine horizontale Ausrichtung und vier verschiedene Schlitten; mit anderen Worten, vier Werkzeuge werden gleichzeitig verwendet, um das Werkstück zu formen. Dieses Verfahren ermöglicht komplexe Schnitte und komplexe Biegungen, um selbst die komplexesten Teile zu entwickeln.

Vierer-Schlitten-Metallstanzen können mehrere Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Pressstanzen bieten, die es zu einer idealen Wahl für viele Anwendungen machen. Zu diesen Vorteilen gehören:

• Vielseitigkeit für komplexere Teile
• Mehr Flexibilität für Designänderungen

Wie der Name schon sagt, hat ein Vierer-Schlitten vier Schlitten, was bedeutet, dass bis zu vier verschiedene Werkzeuge, eines pro Schlitten, verwendet werden können, um mehrere Biegungen gleichzeitig zu erreichen. Während das Material in einen Vierer-Schlitten eingelegt wird, wird es in schneller Folge von jeder Welle, die mit einem Werkzeug ausgestattet ist, gebogen.

3. Tiefziehstanzen (Deep Draw Stamping)

Beim Tiefziehen wird ein Blechzuschnitt (Blank) durch einen Stempel in die Matrize gezogen und in eine Form gebracht. Das Verfahren wird als „Tiefziehen“ bezeichnet, wenn die Tiefe des gezogenen Teils seinen Durchmesser übersteigt.

Diese Art der Umformung ist ideal für die Herstellung von Komponenten, die mehrere Durchmesserreihen benötigen, und ist eine kosteneffiziente Alternative zu Drehverfahren, die in der Regel mehr Rohmaterial verbrauchen. Häufige Anwendungen und Produkte aus dem Tiefziehen sind:

• Automobilkomponenten
• Luftfahrtkomponenten
• Elektronische Relais
• Haushaltsgeräte und Kochgeschirr

Kleinserienstanzen (Short Run Stamping)

Kleinserienstanzen erfordern minimale Vorabinvestitionen in Werkzeuge und können eine ideale Lösung für Prototypen oder kleine Projekte sein. Nach Erstellung des Zuschnitts verwenden Hersteller eine Kombination aus kundenspezifischen Werkzeugkomponenten und Matrizeneinsätzen, um das Teil zu biegen, zu stanzen oder zu bohren.

Die kundenspezifischen Umformoperationen und die kleinere Seriengröße können zu höheren Stückkosten führen, aber das Fehlen von Werkzeugkosten kann Kleinserien für viele Projekte kosteneffizienter machen, insbesondere solche, die eine schnelle Durchlaufzeit erfordern.

Stanzoperationen

Stanzen, auch Pressen genannt, beinhaltet das Einlegen von flachem Blech – entweder als Coil oder Blank – in eine Stanzpresse. In der Presse formen ein Werkzeug und eine Matrize das Metall in die gewünschte Form. Stanzen, Ausschneiden, Biegen, Prägen, Prägen (Coining) und Flanschen sind alle Stanztechniken, die zum Formen des Metalls verwendet werden.

• Biegen – Das Material wird entlang einer geraden Linie verformt oder gebogen.
• Flanschen – Das Material wird entlang einer gekrümmten Linie gebogen.
• Prägen (Embossing) – Das Material wird in eine flache Vertiefung gedehnt. Wird hauptsächlich zum Hinzufügen dekorativer Muster verwendet. Siehe auch Treibarbeit und Ziselieren.
• Ausschneiden (Blanking) – Ein Stück wird aus einem Materialblatt ausgeschnitten, meist um einen Blank für die weitere Verarbeitung herzustellen.
• Prägen (Coining) – Ein Muster wird in das Material gepresst. Traditionell zur Münzherstellung verwendet.
• Ziehen (Drawing) – Die Oberfläche eines Blanks wird durch kontrollierten Materialfluss in eine alternative Form gedehnt. Siehe auch Tiefziehen.
• Strecken (Stretching) – Die Oberfläche eines Blanks wird durch Zugspannung vergrößert, ohne dass der Blankrand nach innen bewegt wird. Oft zur Herstellung glatter Karosserieteile verwendet.
• Eisen (Ironing) – Das Material wird zusammengedrückt und in der Dicke entlang einer vertikalen Wand reduziert. Wird für Getränkedosen und Patronenhülsen verwendet.
• Reduzieren/Halsen (Reducing/Necking) – Wird verwendet, um den Durchmesser des offenen Endes eines Gefäßes oder Rohres allmählich zu verringern.
• Rollen (Curling) – Verformen des Materials in ein röhrenförmiges Profil. Türscharniere sind ein häufiges Beispiel.
• Umsäumen (Hemming) – Umklappen eines Randes auf sich selbst, um die Dicke zu erhöhen. Die Kanten von Autotüren werden meist umgesäumt.

Lochen und Schneiden können auch in Stanzpressen durchgeführt werden. Folgeverbundstanzen sind eine Kombination der oben genannten Methoden, die mit einem Satz von Matrizen in einer Reihe durchgeführt werden, durch den ein Materialstreifen schrittweise hindurchläuft.

Vorteile des Metallstanzens

Wenn Sie ein Metallteil, eine Komponente oder ein Produkt herstellen lassen müssen, gibt es viele Vorteile bei der Zusammenarbeit mit einem Unternehmen, das Stanzmaschinendienste anbietet.

1. Präzision

Wenn Ihr Produkt mit hoher Genauigkeit geschnitten werden muss, verfügt ein Stanzunternehmen über die Werkzeuge und Prozesse, um dies zu erreichen. Das Schneiden einer Form mit solcher Präzision kann ein großer Kostenfaktor sein, und es kann verlockend sein, in diesem Produktionsbereich Kosten zu sparen. Ein Stanzunternehmen ermöglicht ein qualitativ hochwertigeres Produkt zu einem geringeren Preis.

2. Konsistenz

Einige Unternehmen würden behaupten, dass konsistente Präzision nur durch das Schneiden der Teile einzeln garantiert wird, aber die meisten führenden Metallunternehmen sind sich einig, dass dies nicht stimmt.

Konsistenz in der Massenproduktion kann durch sorgfältige Kontrolle des gesamten Prozesses erreicht werden, beginnend mit präziser, computergestützter Konstruktion (CAD), geeignetem Werkzeug, professionell bedienten Stanzmaschinen sowie Qualitätskontrolle zur Prüfung jedes Teils und zur Sicherstellung der Gleichmäßigkeit der Produkte.

3. Massenproduktion

Dies spricht für sich selbst. Benötigen Sie eine große Anzahl qualitativ hochwertiger Produkte? Beauftragen Sie ein Unternehmen, das über die Maschinen und Werkzeuge verfügt, um Ihr Projekt schnell und effizient zu managen.

4. Arbeitsplatz

Wenn Sie Ihr Stanzen an ein externes Unternehmen auslagern, müssen Sie keine Zeit und keinen Platz in Ihrem eigenen Betrieb für die Herstellung dieser Produkte aufwenden.

Außerdem können Sie sich auf die anderen Aspekte Ihres Geschäfts konzentrieren und sich nicht mit den Feinheiten der Produktion aufhalten.

Anwendungen des Metallstanzens

Metallstanzen können auf eine Vielzahl von Materialien angewendet werden, basierend auf ihren einzigartigen metallurgischen Eigenschaften für eine Reihe von Anwendungen in einer breiten Palette von Branchen. Metallstanzen können das Formen und Verarbeiten von gängigen Basismetallen bis hin zu seltenen Legierungen für ihre anwendungsspezifischen Vorteile erfordern.

Einige Branchen benötigen die elektrische oder thermische Leitfähigkeit von Berylliumkupfer in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Elektrotechnik und Verteidigungsindustrie, oder die hohe Festigkeit von Stahl und seinen vielen Legierungen für die Automobilindustrie.

Die Branchen, die Metallstanzunternehmen beauftragen, umfassen (sind aber nicht beschränkt auf):

• Automobilindustrie
• Industriemaschinenbau
• Consumer Electronics
• Luft- und Raumfahrt
• Elektrotechnik
• Telekommunikation