Werkzeugarten in der Fertigung: Stanz-, Zieh- & Gusswerkzeuge erklärt

Was ist ein Werkzeug (Die) in der Fertigung?

Ein Werkzeug (Die) ist ein spezialisiertes Maschinenwerkzeug in der Fertigungsindustrie zum Schneiden und/oder Formen von Material in eine gewünschte Form oder ein Profil. Stanzwerkzeuge werden mit einer Presse verwendet, im Gegensatz zu Ziehwerkzeugen (Drahtherstellung) und Gusswerkzeugen (Formen), die nicht mit Pressen arbeiten. Wie Formen sind Werkzeuge generalmente auf das herzustellende Produkt angepasst.

Mit Werkzeugen hergestellte Produkte reichen von einfachen Büroklammern bis zu komplexen Teilen für fortschrittliche Technologie. Kontinuierlicher Laserschneidevorschub kann den analogen werkzeugbasierten Prozess in der Automobilindustrie und anderen verdrängen.

Wie werden Werkzeuge in der Fertigungsindustrie eingesetzt?

Werkzeuge sind essenzielle Werkzeuge in der Fertigung. Sie funktionieren wie Formen, um Objekte in kundenspezifischen, oft komplexen Formen zu erstellen. Von kleinen Befestigungselementen und Werkzeugbits bis zu großen Automobilkomponenten und Maschinenteilen – Werkzeuge schaffen eine Vielzahl von Produkten.

Die verschiedenen Teile eines Werkzeugsatzes

Ein typischer Werkzeugsatz enthält fast ein Dutzend verschiedene Teile, darunter:

• Stempelplatte (Punch Plate)
• Matrizenblock (Die Block)
• Ausstanzenstempel (Blank Punch)
• Durchstichstift (Pierce Pinch)
• Schaft (Shank)
• Passstift (Dowel pin)
• Durchstichstempel (Pierce Punch)
• Zentrierstift (Pilot)
• Abstreiferplatte (Stripper Plate)

Sind Werkzeuge dasselbe wie Formen?

Werkzeuge werden oft mit Formen verwechselt, viele glauben, sie seien identisch. Beide Prozesse manipulieren Größe und Form eines Rohmaterials mittels Kavität, doch sie sind nicht dasselbe.

Formen sind allgemein hohle Kavitäten, in die das Rohmaterial gegossen wird, während Werkzeuge aus einem festen Körper mit vorgefertigter Kavität bestehen, der das Rohmaterial prägt.

Prozesse, in denen Werkzeuge verwendet werden

Es gibt zahlreiche Fertigungsprozesse, die Werkzeuge nutzen. Ausstanzen (Blanking) erfordert ein Werkzeug, um flaches Metall (typischerweise Blech) in gewünschter Größe und Form zu schneiden. Prägen (Coining) nutzt ein Werkzeug, um Objekte mit unterschiedlichen Designs oder Eigenschaften in jeder Größe zu erstellen.

Hoffentlich vermittelt dies ein besseres Verständnis von Werkzeugen und ihrer Nutzung in der Fertigung. Zusammenfassend: Ein Werkzeug ist ein vorgeformtes Werkzeug, das mit einer Presse die Größe und Form von Rohmaterialien manipuliert. Es ist wie eine Form, mit dem Unterschied, dass es das Rohmaterial prägt.

Arten von Werkzeugen

Für unterschiedliche Zwecke werden hauptsächlich folgende Werkzeugarten verwendet:

• Einfaches Werkzeug (Simple die)
• Kombiniertes Werkzeug (Compound Die)
• Kombinationswerkzeug (Combination dies)
• Folgewerkzeug (Progressive die)
• Transferwerkzeug (Transfer Die)
• Mehrfachwerkzeug (Multiple die)
• Rundspaltwerkzeug (Round split Die)
• Einstellbares Werkzeug (Adjustable Die)
• Mutterwerkzeug (Die Nut)
• Rohrwerkzeug (Pipe Die)
• Acron-Werkzeug (Acron Die)

1. Einfache Werkzeuge (Simple Dies)

Auch als Einhub-Werkzeug (Single Operation Die) bekannt, führt ein einfaches Werkzeug eine Operation pro Pressenhub aus. Typisch für kleinere Anwendungen, z. B. Herstellung einfacher Metallteile.

Vorteil: Exzellent für Ausstanzen und Durchstechen. Besteht aus Matrizenblock und Abstreiferplatte, die das Blech halten, während der Stempel ein Loch stanzt und den Ausstanzling entfernt. Hauptnachteil: Weniger effizient und weniger für große Anwendungen geeignet als andere Werkzeuge.

2. Kombinierte Werkzeuge (Compound Dies)

Für anspruchsvollere oder komplexere Ausstanz- und Durchstichanwendungen erledigt das kombinierte Werkzeug die Arbeit schneller. Es kann Ausstanzen und Durchstechen gleichzeitig ausführen.

Weniger nützlich für Biege- und Umformoperationen, erfordert tendenziell höhere Kraft. Kosteneffektiver als einfaches Werkzeug für Unterlegscheiben und andere Flachmetallteile. Für allgemeine Schneidanwendungen könnte das kombinierte Werkzeug die Lösung sein.

Vorteile kombinierter Werkzeuge:

• Ein Bauteil pro Hub. Daher hohe Produktionsrate.

Einschränkungen kombinierter Werkzeuge:

• Beide Methoden zur Stempelkraftreduzierung können nicht angewendet werden. Daher höhere Kraft erforderlich.
• Design und Fertigung von Stempel- und Matrizenkombination schwierig bei mehr als 3 Operationen.

3. Kombinationswerkzeuge (Combination Dies)

Ähnlich wie kombinierte Werkzeuge in Design und Effizienz. Kann mehr als eine Operation gleichzeitig ausführen für schnellere, zuverlässigere Ergebnisse. Zusätzlich gut für Schneid- und Formanwendungen geeignet.

Wenn Sie Ausstanzen oder Durchstechen mit Biegen kombinieren müssen, deckt das Kombinationswerkzeug dies ab. Vielseitiges Werkzeug für alle Metallbearbeitungsanwendungen, von Bergbauausrüstung bis Elektronik und Geräteentwicklung.

Beispiele:

• Ausstanzen kombiniert mit Tiefziehen
• Durchstechen kombiniert mit Tiefziehen
• Ausstanzen kombiniert mit Biegen etc.

Vorteile des Kombinationswerkzeugs:

• Durch gleichzeitiges Schneiden und Formen ist die Produktionsrate viel höher als bei anderen Werkzeugen.

4. Folgewerkzeuge (Progressive Dies)

Folgewerkzeuge (Follow-on Dies) haben eine Reihe von Operationen. An jeder Station am Werkstück wird eine Operation pro Pressenhub ausgeführt. Zwischen zwei Pressen wird das Werkstück zur nächsten Station transferiert und dort bearbeitet. Jeder Pressenhub entwickelt so ein fertiges Stück.

Das initiale Blech wird als Coil-Streifen zugeführt, und an derselben Station erfolgen bei jedem Hub verschiedene Operationen wie Stanzen, Ausstanzen, Kerben etc. durch eine Reihe von Stempeln.

Der Durchstichstempel schneidet ein Loch im Hub, während der Ausstanzstempel einen Teil des Metalls ausstanzt, in dem im vorherigen Schritt ein Loch durchstochen wurde. So produziert jeder Hub eine fertige Unterlegscheibe.

Vorteile des Folgewerkzeugs:

• Ein Bauteil pro Hub. Produktionsrate wie beim kombinierten Werkzeug.
• Durch Scherschneiden oder versetzte Stempelanordnung wird die erforderliche Kraft reduziert.
• Da Operationen an verschiedenen Stufen erfolgen, ist Design und Fertigung der Stempel-Matrizen-Kombination einfacher, egal wie viele Operationen.

Nachteile des Folgewerkzeugs:

• Krafteinleitung am Stempelkopf schwierig auszugleichen.
• Erfordern Einrichtverfahren und Präzisionsausrichtung.
• Bei Beschädigung einer Station muss der gesamte Werkzeugsatz entfernt werden.
• Im Vergleich zu Einstationen-Werkzeugen deutlich schwerer.

5. Transferwerkzeuge (Transfer Dies)

Transferwerkzeuge funktionieren ähnlich wie Folgewerkzeuge. Auch hier wird der Hub progressiv von Station zu Station geführt. Hier werden jedoch bereits ausgestanzte Rohlinge mechanisch zu anderen Stationen transferiert. Das Werkstück wird an jeder Station progressiv modifiziert, bis der finale Hub das fertige Teil auswirft.

Vorteile des Transferwerkzeugs:

• Produktion wirtschaftlicher im Vergleich zu Folgewerkzeug.
• Vielseitiger.
• Große Teile werden gehandhabt und zwischen mehreren Pressen transferiert, um die Operation abzuschließen.

Nachteile des Transferwerkzeugs:

• Im Vergleich zu Folgewerkzeug muss der Rohling in jeder Stufe eingesetzt werden, aber jeder Streifenlayout-Typ ist implementierbar.
• Oft recht kostspielig.
• Mehr Werkzeugschutzsensoren erforderlich.

6. Mehrfachwerkzeuge (Multiple Dies)

Mehrfachwerkzeuge (Gang Dies) produzieren zwei oder mehr Teile pro Pressenhub. Mehrere einfache Werkzeuge werden zusammengefügt, um zwei oder mehr Teile pro Hub zu produzieren.

Vorteile des Mehrfachwerkzeugs:

• Mehr Bauteile durch mehr Werkzeuge.
• Sehr geringe Zeit erforderlich.
• Hohe Produktionsrate.

Anwendungen des Mehrfachwerkzeugs:

• Für 10 Unterlegscheiben pro Hub: 10 kombinierte oder 10 Folgewerkzeuge parallel als Mehrfachwerkzeuge.

7. Rundspaltwerkzeug (Round Split Die)

Auch als Schiebe-Werkzeug (Slide Die) bekannt. Einstückiges Werkzeug, an einem Ende angeschnitten. Wird auf dem Werkzeughalter so befestigt, dass alle drei Schrauben des Halters auf dem Sitz sitzen. Verhindert Rotation im Halter. Nach Aufsetzen auf das Werkstück wird die Mittelschraube vor dem Gewindeschneiden angezogen. Für kleine Arbeiten verwendet.

8. Einstellbares Werkzeug (Adjustable Die)

Besteht aus zwei Stücken, beide mit Innengewinde. In den Gewinden sind Rundnuten als Schneidkanten geschnitten. Stücke tragen Nummern 1 oder 2. Einstellbarer Abstand mittels Außenschraube. Zum Schneiden von Gewinden an Gipsteilen. Erst hohe Gewinde durch leichtes Anziehen, dann tiefe durch weiteres Anziehen.

9. Mutterwerkzeug (Die Nut)

Quadratisch oder sechseckig mutterförmig. In den Innengewinden sind vier oder sechs Nuten als Schneidkanten geschnitten. Zum Reparieren alter Gewinde. Mit normalem Schraubenschlüssel bedienbar.

10. Rohrwerkzeug (Pipe Die)

Speziell für Gewindeschneiden an Wasser-, Gas- und Ölleitungen. Zwei bis vier Werkzeugstücke in verschiedenen Werkzeughaltern. Einstellschraube am Halter für Werkzeugeinstellung. Führungsstück im Halter führt Werkzeug geradlinig am Rohr. Gewinde sind konisch, sodass Verschraubungen gas- und flüssigkeitsdicht werden.

11. Acron-Werkzeug (Acron Die)

Moderne Werkzeugform. Für Außengewinde an Rohren in Nuten oder Bohrungen. Mutternförmig mit Innengewinde, intermittierend geschnitten. Zur Erleichterung an einem Ende konisch. Wird in speziellem Halter geführt.