Warmumformung 101: Grundlagen & Best Practices

Metallumformung wandelt Blech in nutzbare Teile und Werkzeuge für zahlreiche Branchen um. Mit fast so vielen Stilen wie Branchen, die der Prozess bedient, wird das Erkennen und Verstehen der Komplexitäten dieser Bauteilformungsmethode zu einem kritischen Aspekt bei der Auswahl von Dienstleistungen für die Bauteilerstellung.

Was ist Metallumformung?

Im Allgemeinen nimmt die Metallumformung kaltes Metall und platziert es zwischen Werkzeugen, obwohl einige Prozesse erhitztes Material verwenden. Das Pressen des Materials formt das Metall in die gewünschte Form. Oft erzeugen diese Formen Werkzeuge oder Komponenten größerer Konstruktionen. Gelegentlich bezeichnen einige in der Fertigungsbranche Metallumformung auch als Pressen.

Stanzwerkzeuge in den Maschinen schneiden oder formen das Metall. Diese Werkzeuge haben spezifische Designs für jedes Projekt. Obwohl die Herstellung von Werkzeugen eine Weile dauert, verläuft der Stanzprozess nach Fertigstellung des Werkzeugs sehr schnell.

Dieser Prozess ermöglicht die Produktion großer Stückzahlen identischer Teile. Stanzen kann ein Schritt von vielen in der Bauteilerstellung sein oder als einziger dienen. Lochen, Ausschneiden, Prägen, Flanschen, Biegen und Prägen sind einige der Phasen, die ein Metall im Rahmen des Stanzprozesses durchlaufen kann.

Die Vielseitigkeit des Stanzens macht es zu einer idealen Produktionsmethode für Branchen wie Automobil, Militär, öffentlicher Verkehr, Fertigung und viele andere.

Arten des Stanzens

Die Art des verwendeten Stanzens hängt vom gewünschten Endprodukt ab. Präzisions-, Warm- und Folgeverbundstanzung sind einige der am häufigsten verwendeten Stanzverfahren.

1. Präzisionsmetallumformung

Präzisionsstanzen erstellt erhabene Bilder oder dreidimensionale Teile und ergibt Endprodukte mit engen Toleranzen. Im Vergleich zu anderen Stanzformen beinhaltet Präzisionsstanzen weniger Bewegungen des Materials zwischen den Maschinen, was den Prozess deutlich schneller macht.

Die hohen Präzisionsgrade, die mit dieser Stanzmethode möglich sind, ermöglichen die Formung komplexer Designs, die eng an ihren Spezifikationen haften müssen. Sie können Präzisionsstanzen für Komponenten mit Toleranzen von 0,001 bis 0,002 Zoll für die Länge und 0,0005 bis 0,001 Zoll für die Rundheit einsetzen. Flugzeugkomponenten, Motorteile, Elektronik, Telekommunikationsgeräte und Prototypen werden häufig mit Präzisionsmetallumformung gefertigt.

Eine Variante dieses Prozesses ist das Mikro-Präzisionsstanzen. Dieses Verfahren erzeugt komplexe Teile für die Elektronik- oder Medizintechnik, die nur 0,002 bis 0,005 Zoll dick sind.

2. Warmumformung

Warmumformung ist der Prozess der Metallformung unter extremer Hitze. Das Metall, Borstahl, wird auf über 1700 Grad Fahrenheit erhitzt und im Werkzeug selbst abgeschreckt. Das Ergebnis ist ein hochfester, leichter Stahlteil.

Einer der Hauptvorteile eines warmumgeformten Teils ist seine hohe Zugfestigkeit, die nach Abschluss des Prozesses von etwa 50 Kilopound pro Quadratzoll (KSI) auf etwa 200 KSI reicht. Warmumformung ermöglicht auch die Formung komplexer Teile in einem Schritt, was weniger Schweißen oder andere Fügemaßnahmen bedeutet. Teile, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, erfahren nicht das Rückfedern und Verziehen, wie es bei anderen hochfesten Stahlteilen der Fall ist. Leider ist das gehärtete Teil schwer zu schneiden, was das nachträgliche Trimmen und Schneiden zu einer Herausforderung macht. Sie benötigen dafür in der Regel einen leistungsstarken Laser.

Für die Warmumformung benötigen Sie mehrere Ausrüstungsgegenstände, darunter:

• Ein Heizsystem, das das Metall auf die erforderliche Temperatur bringen kann
• Ein angemessenes Kühlsystem
• Ein automatisiertes Handhabungssystem, da das fertige Teil zunächst viel zu heiß zum Anfassen ist
• Werkzeugmaterialien, die hochgradig thermischem Schock widerstehen
• Eine hydraulische/Servopresse mit Verweilmöglichkeiten

Ihr Stanzpressensystem muss offensichtlich allen Sicherheitsanforderungen entsprechen.

3. Folgeverbundmetallumformung

Folgeverbundstanzen, auch als Folgeverbundwerkzeugstanzen bekannt, führt Metallteile durch mehrere Stationen, die jeweils eine separate Aktion am Metall ausführen. Während dieser verschiedenen Phasen bleibt das Metallteil an einem langen Materialstreifen befestigt. Die letzte Maschine schneidet das fertige Teil vom Metallstreifen ab.

Bei der Auswahl von Fertigungsmethoden für Langzeitprozesse, die große Stückzahlen erfordern, ist Folgeverbundwerkzeugstanzen eine ausgezeichnete Wahl. Die Werkzeuge halten lange, und der Prozess erzeugt minimalen Abfall.

Bei der Herstellung größerer Teile, die möglicherweise unterschiedliche Pressen benötigen, müssen Sie Transferwerkzeugstanzen verwenden. Dieser Prozess unterscheidet sich vom Folgeverbundstanzen nur in wenigen kleinen Punkten. Das Teil wird früher vom Metallstreifen getrennt, und ein Förderband befördert das Teil von Maschine zu Maschine.

Wie Metallumformung funktioniert

Metallumformung bezeichnet den Prozess, ein Stück Blech durch Lochen, Ausschneiden, Biegen und andere Methoden in ein fertiges Teil zu verwandeln. Schauen wir uns genauer an, wie dieser Prozess funktioniert.

Welche Arten von Metallumformungsmaterialien verwenden Fertiger?

Für das Stanzen beginnen Fertiger mit einem Stück Blech. Das dünn gefertigte Metall bietet Festigkeit für die Endprodukte, bleibt aber flexibel genug für den Stanzprozess. Meistens hat das Metall eine Dicke von 0,001 Zoll bis 0,625 Zoll.

Trotz der dünnen Größe des Metalls müssen Pressen erheblichen Druck ausüben, um das Material zu schneiden und zu formen. Zum Beispiel beträgt die Kraft, die benötigt wird, um einen 10-Zoll-Kreis aus 1/8-Zoll-dickem Stahl zu schneiden, 78,5 Tonnen. In der Metallfertigungsbranche entspricht diese Kraft einer geringen Kraft. Metallstanzmaschinen können 10 bis 50.000 Tonnen – 20.000 bis 1 Million Pfund – Druck erzeugen.

Die Art des verwendeten Metalls bestimmt die Kraft, die zum Formen und Schneiden benötigt wird. Die häufigsten Metallkategorien umfassen Folgendes:

• Ferrolegierungen: Eisenbasierte Metalle wie Edelstahl sind am kostengünstigsten und senken die Produktionspreise.
• Nicht-ferrolegierungen: Nickel, Bronze, Messing und andere Metalle, die kein Eisen enthalten, bilden diese Kategorie.
• Nicht-standardmäßige Legierungen: Die Metalle in diesen Legierungen hängen von den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab.
• Edelmetalle: Gold, Silber und Platin sind teuer, aber für spezifische Anwendungen erforderlich.

Die Kenntnis der Arten von Presskräften und Prozesse, die mit welchen Materialien verwendet werden, ist Teil des Expertenwissens, das in die Metallumformung einfließt. Zum Beispiel neigt Präzisionsstanzen dazu, spezifische Legierungen oder Edelmetalle in Streifen statt auf Spulen zu verwenden.

Was passiert beim Formen?

Die Formungsphase tritt ein, wenn eine Presse das Metall biegt oder anderweitig formt. Mehrere Methoden formen das Metall, abhängig von der Dicke des Metalls und dem Aussehen des Endteils.

• Biegen: Biegen faltet ein Metall entlang einer einzelnen, geraden Achse.
• Prägen: Prägen presst das Metall in ein fertiges Teil mit scharfen Kanten.
• Tiefziehen: Der Tiefziehprozess zieht ein Metall über eine Form, wodurch das Material gedehnt wird. Ölwannen und Metallspülen sind Beispiele für Produkte, die durch Tiefziehen hergestellt werden.
• Prägen (Embossing): Wenn ein Metall ein Design benötigt, dehnt und zieht eine Maschine es auf eine Vertiefung. Buchstaben, Designs und Bilder erfordern Prägen für ihre Erstellung auf Metalloberflächen.
• Flanschen: Ähnlich wie Biegen, faltet Flanschen Metall entlang einer gekrümmten Achse statt der geraden Linie, die das Biegen erzeugt.
• Umsäumen: Umsäumen erzeugt eine extra starke Kante, indem der Boden auf sich selbst gefaltet wird.

Diese Formungsprozesse können während des Stanzens auftreten,though andere Metallbearbeitungsarten diese gleichen Methoden ebenfalls nutzen können.

Was sind Schneidprozesse?

Das Schneiden des Metalls kann vor oder nach der Formung erfolgen, abhängig von der Art des verwendeten Stanzprozesses. Zum Beispiel schneidet Folgeverbundwerkzeugstanzen das fertige Produkt am Ende des Prozesses ab, aber Transferwerkzeugstanzen schneidet das Metall am Anfang ab.

Die verwendeten Schneidmethoden erfordern unterschiedliche Schneidwerkzeuge, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

• Ausschneiden: Ein Ausschneideschnitt entfernt die grundlegende Form des benötigten Materials, und die Arbeiter legen den Rest des Metalls beiseite.
• Lanzen: Beim Folgeverbundstanzen kann das Metall Lanzen erfordern, was kleine Schnitte im Metall erzeugt, um eine größere Flexibilität des Materials zu ermöglichen, während es durch die Pressen läuft.
• Lochen: Anstatt den vom Metall geschnittenen Teil zu behalten, locht man ein Loch aus dem Metall. Das aus dem Metall geschnittene Material wird anderweitig verwendet, während das das Loch umgebende Metall den Stanzprozess fortsetzt.
• Scheren: Scheren schneidet das Metall entlang einer geraden Linie, wie eine Schere Papier schneidet.
• Trimmen: Trimmen schneidet das fertige oder fast fertige Teil vom Rohling ab. Die Anlage kann das übrige Metall wiederverwenden, als Schrott verkaufen oder recyceln.

Vor- und Nachteile der Metallumformung

Wie bei jedem Prozess hat Metallumformung Vor- und Nachteile. Einige der Hauptvorteile und -nachteile sind folgende.

Vorteile der Metallumformung

Der Stanzprozess bietet mehrere Vorteile für diejenigen, die ihn für die Bauteilerstellung wählen.

Nach der Herstellung der Werkzeuge können Metallarbeiter große Stückzahlen von Teilen in relativ kurzer Zeit produzieren. Der Einsatz von CNC-Bearbeitung und anderen Automatisierungsformen macht die Produktion noch schneller.

Beim Kostenvergleich hat die Werkzeugherstellung für Metallumformung einen niedrigeren Preis als andere Arten der Metallformung. Zusätzlich sinkt der Projektpreis noch weiter, wenn Ferrolegierungen verwendet werden.

Ein signifikanter Vorteil der Blechumformung ist die Recyclingfähigkeit des Materials. Jeglicher Schrott, der nach der Herstellung der Endprodukte übrig bleibt, kann für zukünftige Produkte recycelt werden.

Nachteile der Metallumformung

Der Prozess, der die Großserienproduktion identischer Teile ermöglicht, trägt auch zum größten Nachteil des Stanzens bei: der individuellen Werkzeugherstellung.

Die Herstellung eines Werkzeugs nach Ihren Projektspezifikationen erhöht die Vorproduktionszeit für Metallumformung. Zusätzlich fügen Änderungen am Werkzeug der Bearbeitungszeit hinzu. Mit anderen Worten: Sobald die Produktion mit einem fertigen Werkzeug beginnt, wird das Stoppen teuer und kompliziert, wenn auch nicht unmöglich.

Während Stanzen auch kleinere Aufträge oder kurzfristige Projektruns produzieren kann, rechtfertigt der Einsatz der Pressen möglicherweise einen so kleinen Auftrag nicht. Für kleine Projekte kann die Fertigung eine kostengünstigere Alternative bieten. Für weitere Informationen sprechen Sie mit uns über die Besonderheiten Ihres Projekts, um zu sehen, ob Stanzen oder Fertigen die richtige Wahl ist.

Anwendungen der Metallumformung

Stanzen erzeugt sowohl hochspezialisierte Maschinenteile als auch alltägliche Komponenten von Konsumgütern, Industrieanlagen und vielem mehr.

Anwendungen der Metallumformung hängen von der Branche ab, aber einige Teile können von entweder Stanzen oder Fertigen profitieren. Die folgenden Eigenschaften eines Projekts können den Einsatz von Stanzen statt Fertigen begünstigen.

• Enge Toleranzen: Präzisionsstanzen kann Teile mit exakten Messungen und geringen Fehlertoleranzen erstellen.
• Große Stückzahlen: Sobald ein Hersteller das Werkzeug hergestellt hat, erfolgt das Stanzen schnell und kann große Stückzahlen von Teilen erzeugen.
• Teilgröße: Für kleinere Teile, insbesondere mikroprazisionsgestanzte Komponenten, kann Stanzen eine bessere Option als Fertigung sein.
• Teilform: Wenn Sie kreisförmige Formen benötigen, müssen die Teile gestanzt werden, da dieser Prozess der einzige ist, der solche Formen erzeugen kann.
• Spätere Prozesse: Der Stanzprozess bietet größere Kontrolle über das, was mit den Teilen geschieht, was dazu beitragen kann, die beste Leistung der Komponente während Montage oder Schweißen zu gewährleisten.

Branchen, die Metallumformung nutzen

Viele Branchen nutzen Stanzen für einige Elemente ihrer Werkzeuge oder Teile.

• Automobil: Warmumformung macht Automobil-Dächer leicht und bei Überschlagunfällen knickfest. Viele andere OEM- und Aftermarket-Teile nutzen Stanzen für ihre Produktion.
• Elektronik: Die kleinsten Metallteile in der Elektronik könnten als Metall begonnen haben, das in einen Mikro-Präzisionsstanzer eingespeist wurde.
• Luft- und Raumfahrt: Präzisionsstanzen kann Motorteile und Flugzeugkomponenten in großen Mengen erstellen.
• Heimtextilien und Geräte: Massenvermarktete Möbel und Konsumgeräte können Metallkomponenten haben, die ein Metallarbeiter gestanzt hat.

Bedeutung der Zusammenarbeit mit einem hochwertigen Blechumformungspartner

Der Stanzprozess erfordert einen hohen Grad an Wissen über Metall, wie es funktioniert und wie man damit arbeitet. Die Art des Metalls und das gewünschte Ergebnis beeinflussen beide erheblich, wie ein Metallumformungsunternehmen ein Projekt angeht. Um Ihre Ziele zu erreichen, ist die richtige Ausrüstung entscheidend. Erfahrene Stanzenunternehmen verfügen sowohl über die Hardware als auch über qualifiziertes Personal, um die Arbeit zu erledigen, die Sie benötigen.

Zum Beispiel erfordern einige Projekte Warmumformung, weil das fertige Teil zusätzliche Festigkeit haben muss. Ein hochwertiges Metallumformungsunternehmen weiß, wann dieser Prozess einzusetzen ist und wann eine andere Form des Stanzens zu wählen ist. Einige Projekte benötigen Verfahren über das Stanzen hinaus. Diese und einfachere Stanzaufträge erfordern beide ein Unternehmen, das Ihnen eine One-Stop-Quelle für die Produktion bieten kann.

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