Blechstempelverfahren beherrschen: Ein vollständiger Leitfaden

Die Fertigung ist eine Wissenschaft, die auf einer Reihe grundlegender Verfahren beruht, mit denen Rohmaterialien präzise und wiederholbar in funktionale Teile umgewandelt werden. Das Stanzen von Blechen ist eines der wichtigsten und am häufigsten angewandten dieser Verfahren. Mit diesem Fertigungsverfahren wird ein großer Teil der Metallteile hergestellt, aus denen moderne Produkte bestehen, darunter die komplizierten Fahrgestelle von Kraftfahrzeugen und die winzigen elektronischen Steckverbinder, die für die Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung sind. Seine Beliebtheit hängt unmittelbar mit seiner Effizienz, Skalierbarkeit und Fähigkeit zusammen, robuste, leichte Komponenten zu einem wettbewerbsfähigen Preis herzustellen.

Ingenieure, Konstrukteure und Beschaffungsfachleute, die in Branchen arbeiten, in denen Metallteile benötigt werden, müssen das Blechstanzverfahren genau kennen. Der Leitfaden ist eine schrittweise und umfassende Analyse des Prozesses, einschließlich seiner grundlegenden Phasen, technologischen Unterschiede, Ausrüstungsanforderungen, Konstruktionsprinzipien und Qualitätskontrolle. Ziel ist es, einen technischen und klaren Leitfaden für die Beherrschung dieses wichtigen Fertigungsprozesses zu liefern.

Was ist Blechstempeln?

Das Stanzen von Blechen ist ein kaltverformendes Herstellungsverfahren, mit dem flache Bleche, so genannte Rohlinge, in die gewünschten Formen gebracht werden. Mit einer Stanzpresse wird ein enormer Druck auf eine Kombination aus Matrize und Stempel ausgeübt. Das Matrizensystem hat einen speziell konstruierten Hohlraum, der als Form für das Blechteil dient. Wenn die Presse den Stempel und die Matrize gegen das dazwischen liegende Blech drückt, wird das Material plastisch verformt und biegt, streckt oder schert sich, um sich der genauen Geometrie der Matrize anzupassen.

Die Hauptvorteile des Blechstanzens sind seine Schnelligkeit und seine hervorragende Wiederholbarkeit. Wenn die Werkzeuge hergestellt sind und die Presse bereit ist, können Hunderte oder sogar Tausende komplizierter Teile pro Stunde hergestellt werden, wobei jedes Teil sehr enge Maßtoleranzen einhält. Aus diesem Grund ist das Stanzen eine sehr wirtschaftliche Methode für mittlere bis große Produktionsserien. Außerdem werden die mechanischen Eigenschaften des Materials durch Kaltverfestigung verbessert, was zu starken, haltbaren Fertigteilen führt.

Die wichtigsten Schritte des Stanzprozesses für Bleche

Der Prozess der Umwandlung eines flachen Blechs in ein fertiges Teil ist kein Ereignis, sondern eine Reihe von gut geregelten Verfahren. Obwohl die genauen Verfahren von der Komplexität der Teile abhängen können, sind im Folgenden die wichtigsten Phasen des Blechstanzprozesses aufgeführt.

Design und Formenbau

Die Effektivität eines jeden Stanzverfahrens hängt von der Qualität des ursprünglichen Entwurfs und der anschließenden Konstruktion des Werkzeugs ab. Dieser erste Schritt beginnt mit dem Computer-Aided Design (CAD), bei dem das Teil dreidimensional entworfen wird. Dieses Modell wird von den Ingenieuren analysiert, um die beste Stanzstrategie zu finden, z. B. die Reihenfolge der Arbeitsgänge, die erforderlich sind, um die endgültige Geometrie ohne Materialversagen zu erreichen.

Nachdem die Konstruktion des Teils abgeschlossen ist, liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung des Werkzeugs. Dies ist eine sehr technische Ingenieursarbeit. Der Entwurf der Matrize wird mit Hilfe von CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) erstellt. Ein Matrizensatz besteht aus einem männlichen Teil (dem Stempel) und einem weiblichen Teil (dem Matrizenblock oder der Kavität). Die Genauigkeit solcher Werkzeuge ist von größter Bedeutung; die Toleranzen liegen häufig im Mikrometerbereich. Die Matrize wird in der Regel aus gehärtetem Werkzeugstahl oder Hartmetall hergestellt, um den wiederholten, hohen Stoßbelastungen der Stanzpresse über Millionen von Zyklen standzuhalten. Bei der Konstruktion sollten auch die Materialeigenschaften wie die Rückfederung berücksichtigt werden, d. h. die Fähigkeit des Metalls, seine ursprüngliche Form teilweise wieder anzunehmen, wenn der Umformdruck aufgehoben wird.

Auswahl des Materials

Die Auswahl des Materials ist eine der wichtigsten Entscheidungen, die sich direkt auf die Funktionalität des endgültigen Teils und die Möglichkeiten des Stanzprozesses selbst auswirken. Das gewählte Material sollte die richtige Mischung aus Duktilität (die Fähigkeit, sich zu verformen, ohne zu brechen), Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit für die jeweilige Anwendung aufweisen.

Einige der gebräuchlichen Materialien, die beim Blechstanzen verwendet werden, sind:

Ein weiterer wichtiger Parameter, der in dieser Phase bestimmt wird, ist die Dicke des Materials bzw. der Lehre.

Ausblendung

Der erste Arbeitsschritt bei den meisten Stanzverfahren ist das Stanzen. Das Feinschneiden ist ein Scherverfahren, bei dem ein Stück Metall, ein so genannter Rohling, mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize aus einem größeren Blech oder einer Spule ausgeschnitten wird. Die Rohlingsform ist die einfache Form des Teils vor weiteren Umformprozessen. Das gewünschte Werkstück ist das herausgeschnittene Teil. Die Präzision des Stanzvorgangs ist von großer Bedeutung, da der Umfang des Rohlings häufig als Richtschnur für andere Vorgänge in der Matrize verwendet wird.

Stanzen

Die Funktion des Stanzens ist die gleiche wie die des Schneidens, mit dem Unterschied, dass der Betriebszweck entgegengesetzt ist. Das Hauptziel des Stanzens besteht darin, Löcher, Schlitze oder andere innere Merkmale in das Blech zu bringen. Das Material, aus dem die Löcher gestanzt werden, ist der Schrott oder der Rohling, während das Blech selbst zum Werkstück wird. Sowohl beim Schneiden als auch beim Stanzen wird die Scherkraft genutzt, wobei die Presse den Stempel durch das Material und in den Matrizenhohlraum drückt, wodurch ein sauberer Bruch entlang der Kante des Merkmals entsteht. Der Spalt zwischen dem Stempel und der Matrize ist eine sehr wichtige Variable, die die Qualität der Scherkante bestimmt.

Biegen

Das Biegen ist eine Verformung eines Blechs entlang einer geraden Achse, um einen Winkel zu bilden. Wenn der Stempel Kraft auf das Werkstück ausübt, wird das äußere Material der Biegung einer Zugspannung und Dehnung ausgesetzt, während das innere Material einer Druckspannung ausgesetzt wird. Der Bereich zwischen diesen beiden wird als neutrale Achse bezeichnet und ändert sich nicht in der Länge. Typische Verfahren sind das V-Biegen, bei dem das Blech durch den Stempel in eine V-förmige Matrize gepresst wird, und das U-Biegen, bei dem ein U-förmiger Kanal entsteht. Der maximale Biegeradius, dem ein Material ohne Rissbildung standhalten kann, ist eine wichtige Konstruktionsvorgabe, die direkt proportional zur Duktilität des Materials ist.

Tiefziehen

Tiefziehen ist ein spezielles Umformverfahren, mit dem tiefe, becher- oder kastenförmige Teile aus flachen Blechen geformt werden. Dabei wird ein Metallrohling mit Hilfe eines Stempels in einen Matrizenhohlraum gepresst. Das Metall wird stark plastisch verformt und gedehnt, während der Stempel das Material in den Hohlraum zieht. Das Verfahren setzt das Material komplizierten Zug- und Druckspannungen aus. Es ist wichtig, den Materialfluss zu kontrollieren, um Defekte wie Faltenbildung im Flansch oder Brüche in den Wänden des Teils zu vermeiden. Dies wird in der Regel durch einen Rohlingshalter gesteuert, der während des Ziehvorgangs einen kontrollierten Druck auf den Rand des Rohlings ausübt.

Bildung von

Umformen ist ein weit gefasster Begriff, der eine Vielzahl von Stanzverfahren zur Herstellung komplexer dreidimensionaler Geometrien umfasst, die keine einfachen Biegungen oder Ziehungen sind. Dies kann die Herstellung von Rippen zur Erhöhung der Steifigkeit, von Lüftungsschlitzen oder von konturierten Oberflächen zur Erzielung ästhetischer oder aerodynamischer Effekte umfassen. Die Umformung basiert auf der kontrollierten plastischen Verformung, und das Material wird über oder in die Konturen der Matrize geformt, ohne dass die Dicke des Materials absichtlich verändert wird.

Prägung

Das Prägen ist ein Hochdruckformverfahren, mit dem feine Details, scharfe Merkmale oder Schriftzüge auf der Oberfläche eines Teils angebracht werden können. Der beim Prägen verwendete Druck ist sehr hoch und das Material wird in die komplexen Spalten der Matrize gepresst. Im Gegensatz zur Standardumformung kann beim Prägen auch die Dicke des Materials bewusst verändert werden, um die Geometrie der Matrize genau zu reproduzieren. Dieses Verfahren beseitigt die Rückfederung im geprägten Bereich und führt zu Teilen mit hervorragender Maßhaltigkeit und Oberflächengüte. Es wird häufig als Endbearbeitungsverfahren zur Herstellung von Logos, Markierungen oder anderen wichtigen Aspekten eingesetzt, die ein hohes Maß an Präzision erfordern.

Arten von Bleche Stanzvorgänge

Die Stanzvorgänge werden mit Hilfe verschiedener Methoden durchgeführt, die je nach der Komplexität des Teils, dem Produktionsvolumen und den Kostenzielen ausgewählt werden.

Folgeverbundstempel

Das Folgeverbundstanzverfahren ist ein automatisiertes Hochgeschwindigkeitsverfahren, das für die Massenproduktion geeignet ist. Bei diesem Verfahren wird eine Materialrolle in ein großes Werkzeug mit mehreren Stationen eingelegt. Jede Station ist einem bestimmten Arbeitsgang gewidmet (z. B. Stanzen, Biegen, Umformen), und die Arbeitsgänge werden nacheinander ausgeführt. Der Materialstreifen, der durch ein Trägerband verbunden ist, bewegt sich bei jedem Pressenhub von einer Station zur anderen. Die letzte Station wirft ein komplettes Teil aus. Dies ist sehr effizient und arbeitssparend und damit wirtschaftlich bei der Bearbeitung großer Aufträge.

Vier-Seiten-Stanzen

Dieses Verfahren wird auch als Mehrschlittenprägen bezeichnet und zeichnet sich dadurch aus, dass es auf einer horizontalen Ebene arbeitet. Eine Vier-Schieber-Maschine hat vier oder mehr bewegliche Schieber, die in verschiedenen Richtungen auf das Werkstück einwirken, anstatt eines einzigen vertikalen Stempels. Diese horizontale Position ermöglicht die Herstellung sehr komplexer, gekrümmter und verdrehter Teile, wie Clips, Verbindungsstücke und Federn, die in einer herkömmlichen Vertikalpresse nur schwer oder gar nicht hergestellt werden können. Das Vierstempelpressen zeichnet sich dadurch aus, dass es im Vergleich zu Folgeverbundwerkzeugen komplexe Bauteile mit geringen Werkzeuginvestitionen herstellen kann.

Tiefziehstempel

Obwohl das Tiefziehen ein besonderer Vorgang ist, handelt es sich auch um eine Art von Verfahren, wenn es das Hauptverfahren zur Herstellung eines Teils ist. Beim Tiefziehen geht es ausschließlich um die Herstellung von Teilen, die tiefer sind als sie breit oder dick sind. Hierfür werden spezielle Pressen benötigt, die mit langsameren und kontrollierteren Stößelgeschwindigkeiten arbeiten können, um den Materialfluss zu kontrollieren und Fehler zu vermeiden. Beispiele für die Anwendung sind Ölfilter für Kraftfahrzeuge, Küchenspülen und Getränkedosen.

Kleinserie Stanzen

Das Stanzen von Kleinserien ist eine kostengünstige Methode zur Herstellung von Teilen in kleinen bis mittleren Mengen, von Prototypen bis zu einigen Tausend. Das Hauptziel besteht darin, die hohen Anfangskosten für Werkzeuge zu senken, die bei Großserienverfahren anfallen. Dies wird durch modulare, konfigurierbare oder weniger haltbare Werkzeugkomponenten erreicht. Das Verfahren kann pro Teil arbeitsintensiver sein, bietet aber eine kostengünstige Alternative für Projekte, die die Investition in ein spezielles Folgeverbundwerkzeug nicht wert sind.

Industrie Anwendungen von Bleche Stanzen

Die Nützlichkeit des Blechstanzens ist in fast allen wichtigen Industriezweigen zu finden.

• Automobilindustrie: Die Industrie ist der größte Abnehmer von Stanzteilen, darunter Karosserieteile, Halterungen, strukturelle Rahmenkomponenten und Motorteile.
• Luft- und Raumfahrt: Stanzteile werden für Rumpfelemente, Triebwerksgehäuse und verschiedene Halterungen verwendet, bei denen das Verhältnis von Festigkeit und Gewicht entscheidend ist.
• Elektronik: Aus komplizierten Stanzteilen entstehen Steckverbinder, Klemmen, EMI/RFI-Abschirmungen und Gehäuse für Unterhaltungs- und Industrieelektronik.
• Medizinisch: Chirurgische Instrumente, Komponenten für implantierbare Geräte und Gehäuse für Diagnosegeräte werden häufig durch Stanzen hergestellt, wobei Materialien wie Edelstahl und Titan verwendet werden.
• Geräte: Die Außenhüllen, die inneren Halterungen und die funktionellen Komponenten von Kühlschränken, Waschmaschinen und Backöfen werden in der Regel gestanzt.
• Konstruktion: Bauprodukte wie Halterungen, Verbindungsstücke und HLK-Komponenten werden effizient durch Stanzen hergestellt.

Grundlegende Ausrüstung und Werkzeuge der Bleche Stanzen

Das Stanzverfahren beruht auf zwei primären materiellen Ressourcen: der Presse und den Werkzeugen.

• Stanzpresse: Dies ist die Maschine, die die Kraft aufbringt. Pressen werden hauptsächlich in mechanische und hydraulische Pressen eingeteilt.
• Mechanische Pressen verwenden einen Motor und ein Schwungrad zum Antrieb einer Kurbel, die den Stößel vertikal bewegt. Sie sind schneller und werden häufiger für Schneid-, Stanz- und Folgeverbundwerkzeuge eingesetzt.
• Hydraulische Pressen verwenden Flüssigkeitsdruck und Kolben, um den Stempel zu bewegen. Sie bieten eine hervorragende Kontrolle über Kraft und Geschwindigkeit über den gesamten Hub, was sie ideal für das Tiefziehen und komplexe Umformvorgänge macht.
• Werkzeuge (Der Werkzeugsatz): Dies ist das Spezialwerkzeug, das das Metall formt. Es besteht, wie erläutert, aus einem Stempel und einem Matrizenblock. Der Matrizensatz ist eine eigenständige Einheit, die in die Stanzpresse eingesetzt wird. Seine Konstruktion und sein Aufbau sind ausschlaggebend für die Qualität der Teile und die Effizienz der Produktion. Lange Produktionsläufe erfordern enge Toleranzen, und dies erfordert qualitativ hochwertige Werkzeuge, die aus dauerhaften Materialien hergestellt werden.

Bleche Tipps zur Gestaltung von Stanzteilen

Ein effektives Teiledesign ist entscheidend für die Gewährleistung der Herstellbarkeit und Kosteneffizienz. Die Einhaltung etablierter DFM-Grundsätze (Design for Manufacturability) kann Produktionsprobleme verhindern.

• Gleichmäßige Dicke beibehalten: Entwerfen Sie Teile mit einer einheitlichen Materialstärke, wann immer dies möglich ist, um den Prozess zu vereinfachen und Materialflussprobleme zu vermeiden.
• Großzügige Biegeradien: Geben Sie Biegeradien an, die mindestens der Materialstärke entsprechen. Engere Radien erhöhen das Risiko der Rissbildung.
• Platzierung und Größe der Löcher: Bringen Sie die Löcher in einem Abstand von mindestens der doppelten Materialstärke von jeder Biegung oder Kante an, um Verformungen zu vermeiden. Der Durchmesser eines gestanzten Lochs sollte im Allgemeinen nicht kleiner sein als die Materialdicke.
• Berücksichtigen Sie die Richtung des Korns: Bleche haben durch den Walzprozess eine Faserrichtung. Das Biegen entlang der Faser ist bruchgefährdeter als das Biegen quer zur Faser. Richten Sie kritische Biegungen entsprechend aus.
• Vereinfachen Sie die Geometrie: Komplexe Merkmale erhöhen die Werkzeugkosten und das Fehlerpotenzial. Konstruieren Sie die einfachste Geometrie, die den funktionalen Anforderungen des Teils entspricht.

Gemeinsame Bleche Stanzdefekte und Lösungen

Selbst bei einem gut kontrollierten Prozess können Fehler auftreten. Sie zu erkennen und zu beheben ist der Schlüssel zur Qualitätssicherung.

• Rückfederung: Die partielle elastische Rückstellung des Materials nach der Umformung.
• Lösung: Überbiegen des Teils um einen berechneten Betrag oder Prägen am Ende des Hubs, um die Form festzulegen.
• Faltenbildung: Eine Reihe von Riffeln oder Falten, typischerweise im Flansch oder in der Wand eines Ziehteils.
• Lösung: Erhöhen Sie den Druck des Niederhalters oder optimieren Sie die Geometrie des Werkzeugs, um den Materialfluss besser zu steuern.
• Rissbildung/Reißen: Das Material bricht, weil seine endgültige Zugfestigkeit überschritten wurde.
• Lösung: Vergrößern Sie die Biegeradien, verwenden Sie ein duktileres Material oder passen Sie die Ziehverhältnisse bei einem Tiefziehvorgang an.
• Grate: Scharfe, erhabene Kanten am Teil, die beim Schneiden oder Stanzen entstehen.
• Lösung: Schärfen Sie das Werkzeug nach oder passen Sie den Abstand zwischen Stempel und Matrize an, um ein sauberes Scheren zu gewährleisten.

TZR: Exzellenz in Bleche Stanzen

Um eine gleichbleibend hohe Qualität bei der Blechbearbeitung zu erreichen, bedarf es mehr als nur eines modernen Maschinenparks, sondern auch eines fundierten Fachwissens. TZR ist ein führender Komplettanbieter für die Blechbearbeitung und bietet Design-, Prototyping- und Produktionsdienstleistungen für kritische Branchen wie die Automobilindustrie, medizinische Geräte, 3D-Drucker und erneuerbare Energien.

Wir sind spezialisiert auf die Verarbeitung verschiedener Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Messing usw. Unser Erfolg beruht auf der Kombination von fortschrittlicher Technik und strengen Prozesskontrollen, was sich in unserer beeindruckenden Ausbeute von 98% beim ersten Durchlauf widerspiegelt. Neben der ISO-Qualität erfüllt unsere 11.000 Quadratmeter große Anlage die strengsten Produktionsstandards.

TZR genießt einen weltweiten Ruf und hat bereits in fast 30 Länder geliefert. Das Unternehmen bietet in der Konstruktionsphase technische Unterstützung und fachkundige DFM-Analysen (Design for Manufacturability). Dadurch wird sichergestellt, dass Ihre Teile von Anfang an für eine effiziente Fertigung optimiert sind.

Für Kunden, die einen Partner suchen, der in der Lage ist, komplexe Stanzprojekte auszuführen - von Prototypen in kleinen Serien bis hin zur Großserienproduktion von Folgeverbundwerkzeugen - bietet TZR die technischen Fähigkeiten und die operative Exzellenz, die für herausragende Komponenten erforderlich sind. Unsere robuste Lieferkette ermöglicht es uns, jede beliebige Menge zu verarbeiten, sowohl für Kleinserien als auch für Großserien.

Sind Sie bereit, Ihre Präzisionsblechprojekte zum Leben zu erwecken? Kontaktieren Sie TZR noch heute, um Ihre spezifischen Anforderungen zu besprechen und ein individuelles Angebot zu erhalten!

Schlussfolgerung

Das Stanzen von Blechen ist ein grundlegendes Fertigungsverfahren, das die effiziente Herstellung einer Vielzahl komplexer Metallteile und -komponenten unter Verwendung verschiedener Stanztechniken ermöglicht. Die Beherrschung dieses Verfahrens erfordert ein technisches Verständnis der Grundlagen der Blechumformung, ihrer aufeinander folgenden Phasen, von der Konstruktion und der Materialauswahl bis hin zur spezifischen Mechanik der Umformung und den Feinheiten der Prozesssteuerung. Durch das Verständnis der Kernprinzipien, der verfügbaren Technologien und der kritischen Konstruktionsüberlegungen können die Beteiligten die Blechumformung wirksam einsetzen, um ihre Fertigungsziele zu erreichen und qualitativ hochwertige, kostengünstige Teile zu schaffen, die das Rückgrat der modernen Industrie bilden.