Maßgefertigte Metallstanzteile: Leitfaden zur Konstruktion

Maßgefertigte Metallstanzteile kommen zum Einsatz, wenn ein Metallbauteil mit reproduzierbarer Geometrie, kontrollierten Stückkosten und stabiler Qualität über viele Produktionsläufe hinweg hergestellt werden muss. Für Ingenieure und technische Einkäufer ist die entscheidende Frage nicht nur, ob ein Teil gestanzt werden kann. Die wichtigere Frage ist vielmehr, ob das Stanzen das richtige Verfahren für das erforderliche Material, die Geometrie, die Toleranzen, die Stückzahl, die Oberflächenbeschaffenheit und das Qualitätssicherungssystem ist.

Das Metallstanzen kann sich bei Halterungen, Anschlüssen, Klammern, Kontakten, Abschirmungen, Abdeckungen und geformten Gehäusen als äußerst effektiv erweisen. Es kann jedoch auch kostspielig oder risikobehaftet werden, wenn die Stückzahlen gering sind, die Geometrie nicht für das Stanzen geeignet ist, die Toleranzen zu eng festgelegt sind oder Nachbearbeitungsschritte nicht frühzeitig berücksichtigt werden.

Dieser Leitfaden befasst sich mit der Machbarkeit, den konstruktiven Grenzen, der Prozessauswahl, dem Beschaffungsrisiko und der praktischen Lieferantenbewertung für kundenspezifische Metallstanzteile.

Was sind maßgefertigte Metallstanzteile und warum sind sie wichtig?

Was sind maßgefertigte Metallstanzteile?

Maßgefertigte Metallstanzteile sind Bauteile, die durch Umformen von flachem Blech – in der Regel aus Coils oder Zuschnitten – in einer Presse unter Verwendung eines Werkzeugsatzes hergestellt werden. Die Matrize bestimmt die Form des Teils. Die Presse übt die Kraft aus. Je nach Konstruktion kann der Prozess das Metall schneiden, biegen, stanzen, ziehen, prägen, reliefieren oder in die endgültige Geometrie formen.

Der Begriff “Sonderanfertigung” bedeutet, dass das Bauteil nach einer bestimmten Zeichnung, einem CAD-Modell, einer Materialspezifikation, einer Oberflächenbeschaffenheit und bestimmten Fertigungsanforderungen hergestellt wird. Es handelt sich nicht um ein Serienpressteil aus einem Katalog. Die Werkzeuge werden in der Regel speziell für dieses Bauteil konstruiert.

Das kundenspezifische Metallstanzen ist besonders sinnvoll, wenn dasselbe Bauteil in großer Stückzahl mit gleichbleibenden Abmessungen hergestellt werden muss. Die Werkzeugkosten fallen zwar im Voraus an, doch bei ausreichend hohem Produktionsvolumen können durch dieses Verfahren die Stückkosten gesenkt werden. Aus diesem Grund ist das Stanzen in der Automobilindustrie, der Elektronikbranche, bei Haushaltsgeräten, medizinischen Geräten und Industrieprodukten weit verbreitet.

Gängige Arten von Stanzteilen: Halterungen, Kontakte, Klemmen, Klammern, Abschirmungen und Gehäuse

Zu den gängigen kundenspezifisch geprägten Bauteilen gehören:

• Befestigungswinkel und Halterungen
• Elektrische Kontakte und Anschlüsse
• Federklammern und Halteklammern
• EMI-/RFI-Abschirmungen
• Batteriekontakte und Teile für die Sammelschiene
• Abdeckungen, Rahmen und kleine Gehäuse
• Unterlegscheiben, Distanzstücke, Laschen und geformte Platten
• Tiefgezogene Becher, Dosen und Schalen

Diese Teile sehen oft einfach aus, doch schon kleine Merkmale können entscheidende Auswirkungen auf die Fertigung haben. Eine Halterung mit zwei Biegungen und einigen Löchern lässt sich vielleicht einfach stanzen. Eine dünne Anschlussklemme aus einer Kupferlegierung mit geprägten Kontaktflächen, geformten Federarmen, strengen Anforderungen an die Gratfreiheit und Beschichtungsanforderungen erfordert möglicherweise Folgeverbundwerkzeuge, eine Überwachung während des Stanzvorgangs und eine detaillierte Prüfplanung.

Die Art des Bauteils spielt eine Rolle, da jedes Merkmal das Werkzeug zusätzlich belastet und das Prozessrisiko erhöht. Bohrungen wirken sich auf die Lebensdauer des Stempels aus. Biegungen führen zu Rückfederung. Gezogene Wände können Falten bilden oder dünner werden. Die Richtung der Grate kann die Montage oder die elektrische Funktion beeinträchtigen. Diese Details müssen vor der Herstellung des Werkzeugs geprüft werden.

Warum Wiederholbarkeit, Großserienfertigung und strenge Prozesskontrolle wichtig sind

Die Hauptvorteile des Metallstanzens sind Wiederholgenauigkeit, Geschwindigkeit und Kostenkontrolle bei der Serienfertigung. Ein gut konstruiertes Stanzwerkzeug kann mehrere Arbeitsschritte in einem Presszyklus vereinen. So kann beispielsweise ein Folgewerkzeug ein Bauteil ausschneiden, durchstanzen, umformen, prägen und abtrennen, während das Bandmaterial durch das Werkzeug läuft.

Diese Wiederholgenauigkeit ist entscheidend, wenn Teile in automatisierte Montageanlagen, elektrische Kontaktsysteme, sicherheitsrelevante Baugruppen oder regulierte Produkte einfließen. Schon geringe Maßabweichungen können zu Montageproblemen oder Ausfällen im Einsatz führen. Die Prozesskontrolle ist zudem wichtig, da Stanzwerkzeuge mit der Zeit verschleißen. Grate, Lochgröße, Biegewinkel und Ebenheit können abweichen, wenn das Werkzeug nicht gewartet wird.

Marktdaten zeigen zudem, warum dieser Prozess nach wie vor wichtig ist. Die veröffentlichten Schätzungen weichen in ihren absoluten Werten voneinander ab, da die Marktforschungsunternehmen den Markt unterschiedlich definieren; die jüngsten Prognosen gehen jedoch im Allgemeinen von einem Wachstum im mittleren einstelligen Bereich für den Bereich Metallstanzung aus. Eine Schätzung beziffert den weltweiten Markt für Metallstanzteile im Jahr 2024 auf 434,8 Milliarden US-Dollar und prognostiziert bis 2030 ein Volumen von 556,2 Milliarden US-Dollar bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 4,21 %. Eine andere Schätzung beziffert den Markt im Jahr 2025 auf 259,35 Milliarden US-Dollar und prognostiziert bis 2034 ein Volumen von 377,45 Milliarden US-Dollar bei einer CAGR von 4,261 %. Der genaue Wert ist weniger aussagekräftig als der Trend: Das Stanzen bleibt ein ausgereifter, volumenstarker Fertigungsprozess, der durch die Nachfrage aus den Bereichen Automobil, Elektrofahrzeuge, Elektronik, Klimatechnik, Haushaltsgeräte und Industrie gestützt wird.

Tabelle: Kundenspezifische Stanzteile im Vergleich zu Standard-Stanzteilen und gefertigten Blechteilen

Kann Ihr Bauteil durch Metallstanzen hergestellt werden?

Kann mein Teil als maßgefertigtes Stanzteil hergestellt werden?

Ein Bauteil eignet sich gut für die kundenspezifische Metallstanzung, wenn es aus Blech hergestellt wird und durch Schneid- und Umformvorgänge gefertigt werden kann. Die Konstruktion sollte ein wiederholbares Flachmuster oder Streifenlayout aufweisen, aus einem Material bestehen, das sich ohne Rissbildung umformen lässt, und ein Produktionsvolumen aufweisen, das hoch genug ist, um den Einsatz von Werkzeugen zu rechtfertigen.

Geeignet sind vor allem Bauteile, die hauptsächlich aus Blech gefertigt werden, wiederkehrende Stanz- und Umformmerkmale aufweisen, eine stabile Nachfrage genießen und deren Konstruktionsvorgaben sich nach der Freigabe der Werkzeuge voraussichtlich nicht mehr ändern werden. Für Szenarien mit hoher Stückzahl können Sie sich über unsere Möglichkeiten informieren unter Maßgeschneiderte Metallstanzdienstleistungen um zu beurteilen, ob Ihr Entwurf für die werkzeugbasierte Fertigung geeignet ist. Grenzfälle sind in der Regel Teile, die eine komplexe Formgebung, anspruchsvolle Oberflächen, umfangreichen Nachbearbeitungsaufwand oder ungewisse Stückzahlen aufweisen. Ungeeignet sind Teile mit häufigen Konstruktionsänderungen, sehr geringen Stückzahlen, Merkmalen, die nach dem Stanzen umfangreiche Korrekturen erfordern, oder einer Geometrie, die sich besser für die Zerspanung, die Blechbearbeitung, den Guss oder ein anderes Verfahren eignet.

Gute Bewerber zeichnen sich oft durch folgende Eigenschaften aus:

• Gleichmäßige Blechdicke
• Sich wiederholende Lochmuster oder Schlitze
• Biegungen, Laschen, Ausstülpungen, Prägungen oder geprägte Bereiche
• Klein bis mittelgroß
• Hohe jährliche Nachfrage
• Notwendigkeit einer gleichbleibenden Qualität bei vielen Bauteilen

Das Stanzen von Bauteilen wird schwieriger, wenn diese eine 3D-Geometrie mit dicken Wandstärken, Hinterschneidungen, die mit dem Stanzwerkzeug nicht geformt werden können, sehr tiefgezogene Merkmale, komplex bearbeitete Oberflächen oder extrem enge Toleranzen bei vielen voneinander unabhängigen Merkmalen aufweisen. In solchen Fällen sind Zerspanung, Guss, Fertigung oder additive Fertigung möglicherweise besser geeignet.

Wie sich die Materialstärke auf die Genauigkeit von Stanzteilen auswirkt

Die Materialstärke beeinflusst die Schnittkraft, die Biegekraft, die Rückfederung, die Gratbildung, die Verformung sowie die Mindestgröße der Merkmale. Dünnes Material kann eine Herausforderung darstellen, da kleine Löcher, schmale Stege und feine Kanten anfälliger für Grate und Verformungen sind. Dickes Material erfordert eine höhere Presskraft und stabilere Werkzeuge. Es kann zudem die Größe kleiner Details einschränken, da die Stempel stark genug sein müssen, um wiederholten Schlägen standzuhalten.

Inwieweit sich die Materialstärke auf die Genauigkeit von Stanzteilen auswirkt, hängt von mehreren Faktoren ab:

• Dickeres Material erhöht die Umformkraft.
• Dünnes Material kann sich nach dem Schneiden oder Umformen leichter verziehen.
• Lochgröße, Schlitzbreite und Laschenbreite sollten im Verhältnis zur Dicke überprüft werden.
• Die Größe der Fräser und der Zustand der Schneidkanten gewinnen bei kleinen Bauteilen an Bedeutung.
• Biegeradius und Biegeauslauf müssen auf das Material und die Dicke abgestimmt sein.

In den bereitgestellten Forschungsunterlagen wird als Konstruktionsrichtlinie darauf hingewiesen, dass die Breite von Kerben und Schlitzen mindestens das 1,5-Fache der Materialdicke betragen sollte und dass Eckenradien von mindestens dem 0,5-Fachen der Dicke Werkzeugschäden und Ausschuss reduzieren können. Dies sind nützliche erste Konstruktionsprüfungen, jedoch keine allgemeingültigen Garantien. Die endgültigen Grenzwerte hängen von der Materialgüte, dem Härtegrad, der Bauteilgeometrie und der Werkzeugkonstruktion ab.

Konstruktionsbeschränkungen für tiefgezogene Blechteile

Tiefgezogene Blechteile werden hergestellt, indem Blech in einen Werkzeughohlraum gezogen wird, um eine becher-, schalen-, dosen- oder gehäuseähnliche Form zu erzeugen. Dieses Verfahren kann die Anzahl der Schweißteile reduzieren und glatte Formen erzeugen, hat jedoch seine Grenzen. Die Umformbarkeit des Materials und die Umformgrenzen bei Tiefziehprozessen werden üblicherweise anhand von Normen wie ISO 12004-1: Umformgrenzkurven für Bleche, die festlegen, wie die Dehnungsgrenzen gemessen werden, um die Einschnürung und den Bruch während des Stanzvorgangs vorherzusagen.

Zu den konstruktiven Einschränkungen bei tiefgezogenen Blechteilen zählen Materialausdünnung, Faltenbildung, Risse, Flanschverformung und ungleichmäßige Wandstärken. Die Ziehtiefe, der Eckenradius, die Rohteilform, die Schmierung und die Umformbarkeit des Materials beeinflussen den Erfolg. Für Edelstahl, Aluminium und hochfeste Stähle sind unter Umständen unterschiedliche Werkzeugabstände, Radien und Umformstufen erforderlich.

Auch bei tiefgezogenen Teilen muss den Folgearbeiten besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden. Nach dem Tiefziehen können Beschnitt, Stanzen, Flanschbildung, Reinigung, Wärmebehandlung oder Oberflächenveredelung erforderlich sein. Ist das Ziehverhältnis zu hoch oder weist das Teil scharfe Übergänge auf, sind möglicherweise mehrere Ziehschritte oder ein anderes Verfahren erforderlich.

Wenn das Metallstanzen für die Kleinserienfertigung ungeeignet ist

Das Metallstanzen eignet sich oft nicht für die Kleinserienfertigung, wenn sich der Einsatz spezieller Werkzeuge nicht rechtfertigen lässt. Für kleine Stückzahlen sind Laserschneiden, Abkantpressen, Zerspanung oder einfache Fertigungsverfahren möglicherweise besser geeignet, da diese Verfahren mit weniger maßgeschneiderten Werkzeugen auskommen.

Es geht nicht um die Größe des Bauteils. Selbst für eine winzige Halterung kann ein teures Werkzeug erforderlich sein, wenn sie mehrere Biegungen, eng beieinander liegende Bohrungen oder Folgeverbundvorgänge aufweist. Anwenderberichte aus Technik- und Fertigungsforen zeigen oft diesen Schwachpunkt auf: Einkäufer sind überrascht, wenn für ein kleines Teil hohe Werkzeugkosten veranschlagt werden. Der Grund dafür ist, dass das Werkzeug dennoch konstruiert, gebaut, getestet, justiert und gewartet werden muss.

Das Stanzen kann bei geringeren Stückzahlen dennoch in Betracht gezogen werden, wenn das Bauteil eine besondere Wiederholgenauigkeit erfordert, wenn das zukünftige Volumen steigen wird oder wenn die gestanzte Form mit anderen Verfahren nicht zufriedenstellend hergestellt werden kann. Wenn sich die Konstruktion jedoch häufig ändert, der jährliche Bedarf ungewiss ist oder das Bauteil schnell in kleinen Losgrößen benötigt wird, kann das Stanzen zusätzliche Kosten verursachen und ein Risiko hinsichtlich der Lieferzeit darstellen.

So funktioniert das kundenspezifische Metallstanzen – vom Werkzeugentwurf bis zur Fertigung

Stufenpressen im Vergleich zu Transferpressen bei komplexen Bauteilen

Das Stanzverfahren mit Folgeverbundwerkzeugen und das Transferpressen sind zwei gängige Verfahren zur Herstellung komplexer, kundenspezifischer Metallstanzteile.

Beim Folgeverbundpressen wird das Coil-Material durch eine Abfolge von Stationen geführt. Jede Station führt einen oder mehrere Arbeitsschritte durch, und das Bauteil bleibt bis zur letzten Station mit dem Band verbunden. Dieses Verfahren wird häufig für die Massenfertigung kleiner bis mittelgroßer Bauteile wie elektrische Anschlüsse, Kontakte, Klammern, Halterungen und Abschirmungen eingesetzt.

Beim Transfer-Stanzverfahren wird das Teil bereits früher vom Band getrennt und durch mechanische Transfersysteme von Station zu Station befördert. Dies eignet sich insbesondere für größere oder tiefer geformte Teile, bei denen das Bauteil nicht während aller Arbeitsschritte am Trägerband verbleiben kann.

Die Wahl hängt von der Größe, der Geometrie und dem Werkstoff des Bauteils sowie vom Produktionsvolumen und den Toleranzanforderungen ab und davon, ob das Band das Bauteil während des gesamten Umformvorgangs tragen kann. Bei komplexen Bauteilen sollte vor der endgültigen Festlegung der Zeichnung geprüft werden, ob eine Folgeverbundpresse oder eine Transferpresse besser geeignet ist, da das Werkzeugkonzept Auswirkungen auf die Gestaltung des Trägers, die Ausschussquote, die Gratrichtung und die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte haben kann.

Stanzen, Lochen, Biegen, Umformen, Ziehen, Prägen und Reliefprägen

Bei der kundenspezifischen Stanzbearbeitung können mehrere Arbeitsschritte kombiniert werden:

• Beim Stanzen wird das Außenprofil aus Blech oder Band ausgeschnitten.
• Beim Stanzen werden Löcher oder innere Aussparungen erzeugt.
• Beim Biegen werden Flansche oder Winkelprofile geformt.
• Beim Formen werden Bereiche umgestaltet, ohne das Teil vollständig zu zeichnen.
• Durch das Ziehen wird Material in einen Hohlraum gezogen, um Tiefe zu erzeugen.
• Beim Prägen wird das Material lokal verdichtet, um eine bestimmte Form oder Kontaktfläche zu erzielen.
• Durch Prägen werden Strukturen erhöht oder vertieft, um die Steifigkeit zu erhöhen, Abstände zu schaffen oder eine Kennzeichnung zu ermöglichen.

Die Reihenfolge ist entscheidend. Ein vor dem Biegen gestanztes Loch kann sich verziehen, wenn es zu nahe an der Biegestelle liegt. Je nach Ebenheit und Funktion muss ein geprägter Bereich möglicherweise vor oder nach der Umformung angebracht werden. Ein gezogenes Element muss nach der Umformung möglicherweise beschnitten werden. Bei einer guten Werkzeugkonstruktion wird die Abfolge so festgelegt, dass das Bauteil seine Endform erreicht, ohne das Material oder das Werkzeug zu überlasten.

Nach dem kundenspezifischen Metallstanzen erforderliche Nachbearbeitungsschritte

Zu den nach dem kundenspezifischen Metallstanzen erforderlichen Folgearbeiten können Entgraten, Waschen, Galvanisieren, Passivieren, Wärmebehandlung, Gewindeschneiden, Einpressen, Schweißen, Montage, Markieren oder Verpacken gehören. Diese Schritte können genauso wichtig sein wie das Stanzen selbst.

So müssen beispielsweise elektrische Anschlüsse mit Zinn, Nickel oder anderen leitfähigen Beschichtungen versehen werden. Medizinische oder industrielle Teile aus Edelstahl müssen unter Umständen passiviert oder gereinigt werden. Halterungen müssen möglicherweise verzinkt, pulverbeschichtet oder in eine Baugruppe eingeschweißt werden. Federklemmen müssen unter Umständen einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die erforderliche Federleistung zu gewährleisten.

Nachbearbeitungsschritte wirken sich auf Kosten, Durchlaufzeit und Toleranzen aus. Durch Galvanisieren kann sich die Dicke erhöhen. Eine Wärmebehandlung kann die Ebenheit verändern. Das Gewindeschneiden kann zu Problemen hinsichtlich Spänen und Sauberkeit führen. Das Entgraten kann den Zustand der Kanten verändern. Käufer sollten festlegen, welche Oberflächen und Maße nach allen Endbearbeitungsschritten kritisch sind, nicht nur nach dem Stanzen.

Prozessablauf: Coil oder Rohling → Stanzstationen → Formteil → Endbearbeitung → Prüfung

Ein typischer Prozessablauf sieht wie folgt aus:

Aus technischer und beschaffungstechnischer Sicht spiegelt dieser Ablauf die wichtigsten Programmphasen von der Angebotsanfrage bis zur Produktionsfreigabe wider.

Dieser Ablauf verdeutlicht auch, warum eine frühzeitige Konstruktionsprüfung wichtig ist. Eine Zeichnung, die lediglich die endgültigen Maße festlegt, liefert möglicherweise nicht genügend Informationen, um die richtigen Werkzeuge, Oberflächenbehandlungen und Prüfverfahren auszuwählen.

Metallstanzen im Vergleich zu Alternativen: Vorteile und Einschränkungen

Stanzen oder Laserschneiden – die Wahl bei maßgefertigten Blechteilen

Bei der Entscheidung zwischen Stanz- und Laserschneiden für maßgefertigte Blechteile spielen häufig die Stückzahl und die Geometrie eine Rolle. Das Laserschneiden ist flexibel und eignet sich besonders für Prototypen, Kleinserien, flache Zuschnitte und Konstruktionen, die sich noch ändern können. Da keine speziellen Stanzwerkzeuge erforderlich sind, lassen sich die Vorlaufkosten senken.

Ein praktischer Vergleich besteht darin, einmalige Kosten von wiederkehrenden Kosten zu trennen. Das Stanzen senkt oft die Stückkosten, wenn das Volumen stabil ist und sich die Merkmale in großem Maßstab wiederholen, während das Laserschneiden in der Regel das Markteinführungsrisiko verringert, wenn die Nachfrage ungewiss ist, sich die Geometrie ändert oder der Einsatz spezieller Werkzeuge nicht zu rechtfertigen ist. Angebote sollten auf der Grundlage derselben Annahmen hinsichtlich des jährlichen Verbrauchs, der Materialausbeute, der Nachbearbeitung und des Prüfumfangs verglichen werden.

Das Stanzen gewinnt an Bedeutung, wenn das Produktionsvolumen steigt und das Bauteil wiederholbare Formmerkmale, kurze Taktzeiten sowie mehrere Arbeitsschritte in einem Werkzeug erfordert. Ein Stanzwerkzeug kann Bauteile nacheinander stanzen, formen, prägen und abschneiden. Beim Laserschneiden sind in der Regel separate Biege- oder Umformschritte erforderlich, nachdem das flache Profil ausgeschnitten wurde.

Laserschneiden kann vorteilhafter sein, wenn das Design nicht stabil ist, das Stückzahlvolumen gering ist oder sich flache Profile häufig ändern. Das Stanzen kann vorteilhafter sein, wenn das Design stabil ist, der jährliche Bedarf hoch ist und die Teilekosten über die gesamte Produktionsdauer hinweg im Vordergrund stehen.

Maßgefertigte Stanzteile im Vergleich zu Zerspanung, Guss, Metallbau und additiver Fertigung

Das kundenspezifische Stanzen steht im Wettbewerb mit verschiedenen Verfahren:

• Die Zerspanung eignet sich für komplexe 3D-Formen, dicke Querschnitte, Gewinde und kleine bis mittlere Stückzahlen. Bei dünnen, blechartigen Teilen kann es jedoch zu einem höheren Materialverlust kommen.
• Das Gussverfahren eignet sich für komplexe 3D-Formen, Rippen, Erhebungen und dickere Bereiche. Für dünne Federkontakte oder einfache Blechformen ist es weniger geeignet.
• Die Fertigung eignet sich gut für größere Blechbaugruppen, Prototypen und kleinere Stückzahlen. Dabei können Laserschneiden, Stanzen, Biegen, Schweißen und das Einsetzen von Befestigungselementen zum Einsatz kommen.
• Die additive Fertigung eignet sich für Prototypen und komplexe Formen, die sich nur schwer mit Werkzeugen herstellen lassen. Für dünne Metallpressteile in Großserie ist sie in der Regel nicht die erste Wahl.

Der Hauptvorteil des maßgeschneiderten Stanzens liegt in der Möglichkeit, die Geometrie der Bleche maßstabsgetreu zu wiederholen. Die größte Einschränkung sind die Investitionen in die Werkzeuge sowie die eingeschränkte Flexibilität nach der Fertigstellung der Werkzeuge.

Wenn das Stanzen in großen Stückzahlen nicht rentabel ist

Wenn das Stanzen in großen Stückzahlen nicht rentabel ist, liegt die Ursache oft nicht allein in der Stückzahl. Ein Projekt mit hohem Stückzahlvolumen kann dennoch ungeeignet sein, wenn das Bauteil instabile Konstruktionsanforderungen, ein schwieriges Materialverhalten, strenge optische Anforderungen, eine hohe Ausschussquote oder viele kostspielige Nachbearbeitungsschritte aufweist.

Das Stanzen kann auch seinen Kostenvorteil einbüßen, wenn die Toleranzen enger festgelegt werden, als es der Prozess ohne zusätzliche Kontrollmaßnahmen einhalten kann. In diesem Fall muss das Bauteil möglicherweise sortiert, erneut gestanzt, nach dem Stanzen bearbeitet oder mit komplexeren Werkzeugen gefertigt werden. Diese Maßnahmen verursachen zusätzliche Kosten und können den Durchsatz verringern.

Bei hohem Produktionsvolumen gewinnt auch die Standzeit der Werkzeuge an Bedeutung. Wenn abrasives Material, unzureichende Schmierung, hartes Werkstückmaterial oder kleine Stempel zu häufigen Werkzeugwartungen führen, bleiben die erwarteten Kosteneinsparungen möglicherweise aus.

Vergleichstabelle: Prozessanpassung nach Volumen, Geometrie, Werkstoff, Werkzeugausstattung und Teilekosten

Entwurfsregeln, die sich auf Qualität und Herstellbarkeit auswirken

Welche Toleranzen sind bei Präzisions-Stanzteilen aus Metall realistisch?

Die Toleranzfähigkeit beim Stanzen hängt ebenso sehr von der Art der Merkmale wie von der Material- und Werkzeugqualität ab. Die Lage von Stanzlöchern, Stanzkanten, geformten Winkeln, Ziehtiefen und nachbearbeiteten Oberflächen weist nicht überall die gleichen Abweichungen auf; daher sollten Zeichnungen Bezugspunkte und funktionskritische Merkmale festlegen, anstatt überall enge ±-Maße anzugeben. Position, Profil, Ebenheit und Rechtwinkligkeit sind bei Stanzteilen oft eindeutiger als gestapelte lineare Toleranzen.

Für die allgemeine Maßkontrolle bei Stanzteilen kommen weit verbreitete technische Rahmenwerke wie beispielsweise Allgemeine Toleranzen nach ISO 2768 Festlegung der standardmäßig zulässigen Abweichungen für Längen- und Winkelmaße, wenn in technischen Zeichnungen keine individuellen Toleranzen angegeben sind.

In der Praxis sollten Toleranzen in kritische und nichtkritische Merkmale unterteilt werden. Ein funktionaler Kontaktpunkt, eine Bezugslöcher, ein Federarm oder eine Passlasche erfordern möglicherweise eine strengere Kontrolle. Eine nichtfunktionale Außenkante hingegen möglicherweise nicht. Eine zu großzügige Toleranzgewährung für jedes Merkmal kann die Komplexität der Form, den Prüfungsaufwand und den Ausschuss erhöhen.

Käufer sollten außerdem berücksichtigen, in welchem Zustand die Toleranz gilt. Einige Maße können sich nach der Beschichtung, der Wärmebehandlung, dem Entgraten oder der Montage verändern. Kritische Maße sollten nach dem letzten erforderlichen Prozessschritt festgelegt werden.

Wie sich die Lochgröße auf die Verformung bei gestanzten Blechteilen auswirkt

Inwieweit die Lochgröße die Verformung von gestanzten Blechteilen beeinflusst, hängt vom Verhältnis zwischen Lochgröße und Materialdicke, dem Abstand zu nahegelegenen Biegungen oder Kanten sowie der Stanzkraft ab. Als Faustregel gilt: Sehr kleine Löcher, schmale Stege und Schlitze, die nahe an Biegungen oder Kanten angeordnet sind, bergen ein höheres Risiko für Verformungen, Risse und schnellen Werkzeugverschleiß. Die Mindestwerte hängen von der Legierung, der Härte und der Dicke ab. Daher sollten in der Zeichnung und der Angebotsanfrage alle Merkmale gekennzeichnet werden, deren Breite, Durchmesser oder verbleibende Stegbreite nahe an der Materialstärke liegen. Wenn diese Merkmale funktionskritisch sind, sollten Sie eine merkmalspezifische Machbarkeitsprüfung anfordern, anstatt davon auszugehen, dass die Nenngeometrie in der Produktion erhalten bleibt. Sehr kleine Löcher erfordern unter Umständen empfindliche Stempel. Löcher in der Nähe von Biegungen können sich während der Umformung dehnen, ovalisieren oder verschieben.

Auch der Abstand zwischen Loch und Kante spielt eine Rolle. Befindet sich zwischen einem Loch und einer Außenkante nicht genügend Material, kann sich der Steg verformen oder reißen. Ist ein Schlitz zu schmal, kann der Stempel verschleißen oder brechen. Die Studie verweist auf Regeln für die Stanzkonstruktion, wie beispielsweise Mindestbreiten der Merkmale im Verhältnis zur Materialdicke, da kleine Merkmale das Werkzeug beschädigen und die Gratbildung verstärken können.

Bei kritischen Bohrungen sollten in der Zeichnung Funktion, Lage und Prüfverfahren festgelegt werden. Wenn eine Bohrung die Ausrichtung der Baugruppe bestimmt, muss sie möglicherweise nach der Umformung gebohrt oder mithilfe eines Bezugssystems kontrolliert werden.

So verhindern Sie Risse in gestanzten Edelstahlteilen

Edelstahl kommt zum Einsatz, wenn Korrosionsbeständigkeit, Optik oder Temperaturverhalten eine Rolle spielen. Er kann sich jedoch auch kaltverfestigen und Risse bilden, wenn Biegeradien, Kornrichtung oder Umformintensität nicht geeignet sind.

Um Risse in gestanzten Edelstahlteilen zu vermeiden, sind zunächst die Materialauswahl und die Auslegung der Biegungen entscheidend. Der Innenbiegeradius sollte für die jeweilige Stahlsorte und Dicke nicht zu klein sein. Die Biegungen sollten im Hinblick auf die Walzrichtung überprüft werden. Biegeentlastungen können die Spannungskonzentration an den Flanschenden verringern. Außerdem sind beim Umformen unter Umständen eine angemessene Schmierung und kontrollierte Werkzeugradien erforderlich.

Das Rissrisiko steigt, wenn das Bauteil scharfe Kanten, tiefe Formungen, schmale Stege oder wiederholte Formungen im selben Bereich aufweist. Wenn die Korrosionsbeständigkeit der Hauptgrund für die Verwendung von Edelstahl ist, sollte das Konstruktionsteam auch prüfen, ob eine Oberflächenbehandlung, eine Passivierung oder eine andere Legierung die Anforderungen besser erfüllen würde.

Checkliste: Biegeentlastungen, Abstand zwischen Bohrung und Kante, Eckenradien, Laschen, Schlitze und Gratrichtung

Verwenden Sie diese Checkliste, bevor Sie eine Zeichnung für die kundenspezifische Stanzfertigung freigeben:

Merkmale, die im Verhältnis zur Materialstärke zu klein sind, sind eine häufige Ursache für Stanzfehler und sollten bereits in einer frühen Phase der Konstruktion überprüft werden.

Häufige Fehlerarten bei kundenspezifischen Stanzteilen

So lassen sich Grate an Präzisions-Stanzteilen aus Metall reduzieren

Grate entstehen beim Scheren, wenn das Material bricht, nachdem der Stempel in das Blech eingedrungen ist. Ein gewisses Maß an Graten ist bei Stanzteilen normal, doch übermäßige Grate können die Montage, die Sicherheit, die elektrische Leistungsfähigkeit und die Beschichtungsqualität beeinträchtigen.

Zu den Maßnahmen zur Reduzierung von Graten an Präzisions-Stanzteilen aus Metall gehören die Kontrolle des Stanzspaltes, die Aufrechterhaltung der Schärfe von Stempeln und Matrizen, die Auswahl geeigneter Materialzustände, die Verwendung geeigneter Schmiermittel sowie die Festlegung der Gratrichtung in der Zeichnung. Bei kritischen Kantenbedingungen kann ein Entgraten erforderlich sein.

Die Gratbekämpfung sollte als eine Frage der Konstruktion und des Fertigungsprozesses betrachtet werden und nicht nur als eine Frage der Endbearbeitung. Wenn ein scharfer Grat auf ein Gegenstück, eine Dichtung, einen Draht oder eine Bediener-Kontaktfläche trifft, müssen möglicherweise die Konstruktion des Bauteils oder die Ausrichtung der Form geändert werden.

Ursachen für Maßabweichungen bei Stanzteilen aus Blech

Zu den Ursachen für Maßabweichungen bei gestanzten Blechteilen zählen Schwankungen der Materialdicke, Schwankungen der Coil-Eigenschaften, Rückfederung, Werkzeugverschleiß, die Ausrichtung der Presse, Schwankungen beim Bandvorschub, die Umformreihenfolge sowie Nachbearbeitungsvorgänge.

Nach dem Biegen und Umformen tritt häufig ein Rückfederungseffekt auf. Härtere Werkstoffe und einige hochfeste Sorten können stärker zurückfedern. Dünne Teile können sich zudem beim Schneiden oder nach dem Spannungsabbau verziehen. Bei großen Umformteilen können Probleme mit der Ebenheit auftreten, insbesondere bei breiten Blechen, flachen Formteilen oder asymmetrischen Geometrien.

Maßabweichungen sollten durch Bezugspunktplanung, Prozesskontrolle, Werkzeugwartung und die Prüfung kritischer Maße bewältigt werden. Einkäufer sollten es vermeiden, enge Toleranzen auf nicht funktionale Merkmale anzuwenden, es sei denn, es liegt ein triftiger Grund dafür vor.

Probleme mit der Kantenqualität beim Stanzen von dünnwandigem Blech

Zu den Problemen mit der Kantenqualität beim Stanzen von dünnem Blech zählen unter anderem das Umknicken, Grate, Einreißen, Verformungen im Bereich kleiner Löcher sowie Wellenbildung. Dünnes Material weist eine geringere Steifigkeit auf und kann sich daher beim Stanzen, Ausschneiden oder bei der Handhabung verformen.

Feine Details in dünnem Material erfordern eine sorgfältige Prüfung. Kleine Schlitze, schmale Stege und enge Lochabstände sind zwar möglich, erhöhen jedoch das Risiko. Dünnwandige Teile, die in der Elektronik verwendet werden, unterliegen möglicherweise auch Anforderungen hinsichtlich Beschichtung und Gratfreiheit, da Kanten die Leitfähigkeit, die Einsteckkraft oder den Isolationsabstand beeinträchtigen können.

Bei der Prüfung sollte der Schwerpunkt auf dem Zustand der Kanten liegen, die für die Funktion von Bedeutung sind. Für eine kosmetische Kante, eine Kontaktkante und eine verbleibende Innenkante können unterschiedliche Abnahmekriterien gelten.

Häufige Probleme mit dem Werkzeugverschleiß beim Metallstanzen in Großserienfertigung

Zu den häufigen Verschleißproblemen bei der Massenfertigung von Metallpressteilen zählen das Abstumpfen von Stempeln, Verschleiß an den Werkzeugkanten, Festfressen, Ausbrüche, gebrochene Kleinstempel, der Verlust des Spielraums sowie Ablagerungen durch Materialübertragung. Bei der Herstellung von Präzisionswerkzeugen werden komplexe Stanzwerkzeuge häufig unter Verwendung von CNC-Funkenerosion, was enge Toleranzen und die Bearbeitung von gehärtetem Werkzeugstahl ermöglicht – für eine lange Standzeit und stabile Wiederholgenauigkeit. Diese Probleme können zu vermehrten Graten, Abweichungen bei der Bohrungsgröße, Verschiebungen der Biegewinkel und erhöhten Ausschussquoten führen.

Die Verschleißrate hängt von der Materialhärte, der Abrasivität, der Schmierung, der Beschichtung, der Pressenkonfiguration und der Teilegeometrie ab. Bei rostfreien Stählen und hochfesten Stählen ist unter Umständen eine sorgfältigere Planung hinsichtlich des Werkzeugmaterials und der Wartung erforderlich.

Ein Einkäufer sollte sich erkundigen, wie der Lieferant verschleißbedingte Abweichungen überwacht. Zwischenkontrollen, Aufzeichnungen zur Werkzeugwartung und festgelegte Prüfintervalle tragen dazu bei, das Risiko von Abweichungen bei den Teilen im Laufe langer Produktionsserien zu verringern.

Faktoren wie Kosten, Toleranzen und Lieferzeiten, die Einkäufer berücksichtigen sollten

Faktoren, die die Werkzeugkosten für kundenspezifische Metallstanzteile beeinflussen

Zu den Faktoren, die die Werkzeugkosten für kundenspezifische Metallstanzteile beeinflussen, zählen die Komplexität des Teils, die Anzahl der Stanzstationen, die Materialstärke, der erforderliche Werkzeugstahl, das erwartete Produktionsvolumen, die Toleranzanforderungen, der Automatisierungsgrad, In-Die-Bearbeitungen sowie der Bedarf an Werkzeugprobelaufen.

Ein einfaches Stanzwerkzeug kostet weniger als ein Folgeverbundwerkzeug mit Stanz-, Umform-, Präge- und Abschnittstationen. Ein Transferwerkzeug für tiefgezogene oder große Teile erfordert unter Umständen mehr Handhabungsaufwand und Feinabstimmung. Das Gewindeschneiden, die Sensorik oder die Montage direkt im Werkzeug können zwar nachfolgende Arbeitsschritte reduzieren, erhöhen jedoch die Komplexität des Werkzeugs.

Die Werkzeugkosten sollten über die gesamte Produktionsdauer hinweg bewertet werden. Höhere Werkzeugkosten können gerechtfertigt sein, wenn sie die Teilekosten senken, die Wiederholgenauigkeit verbessern oder Folgevorgänge überflüssig machen. Sie können jedoch unwirtschaftlich sein, wenn sich die Konstruktion voraussichtlich bald ändern wird.

Kostentreiber bei kundenspezifischen Präzisions-Metallstanzprojekten

Zu den Kostenfaktoren bei kundenspezifischen Präzisions-Metallstanzprojekten zählen:

• Werkstoffsorte, Dicke und Verwendung
• Ausschussquote bei der Bandauslegung oder der Zuschnittplanung
• Komplexität der Werkzeuge und Wartungsaufwand
• Druckzeit und Produktionsgeschwindigkeit
• Nachbearbeitungsvorgänge wie Galvanisieren, Entgraten, Gewindeschneiden, Schweißen oder Wärmebehandlung
• Anforderungen an die Inspektion
• Anforderungen an Verpackung und Handhabung
• Anforderungen an die Änderungskontrolle und Dokumentation

Es gibt keine pauschale Antwort auf die Frage, wie viel das Stanzen von Metallteilen nach Maß kostet, da sich die Kosten auf die Werkzeugkosten und die Produktionskosten aufteilen. Ein Angebot sollte die Werkzeugkosten, den Stückpreis, die Materialannahmen, die Nachbearbeitung, die Prüfung und die Verpackung separat aufführen. Dies erleichtert den Vergleich zwischen Anbietern und verhindert Verwechslungen zwischen einem niedrigen Stückpreis und hohen Einführkosten.

Lieferfristrisiken bei der Beschaffung von kundenspezifischen Stanzteilen

Risiken hinsichtlich der Vorlaufzeit bei der Beschaffung von kundenspezifischen Stanzteilen ergeben sich in der Regel aus der Werkzeugkonstruktion, dem Werkzeugbau, der Materialverfügbarkeit, dem Werkzeugprobelauf, Konstruktionsänderungen, der Beschaffung von Folgeprozessen und der Qualitätsfreigabe. Komplexe Folgeverbundwerkzeuge oder gehärtete Werkzeuge können mehrere Prüf- und Anpassungszyklen erfordern, bevor eine stabile Produktion erreicht wird.

Das Risiko steigt, wenn in Angebotsanfragen Materialspezifikationen, Toleranzen, Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, das Jahresvolumen oder Erwartungen hinsichtlich der Qualitätsprüfung fehlen. Fehlende Informationen führen zu einem Hin und Her und können nach der Konstruktionsprüfung zu einer Neuoffertierung führen.

Um Risiken zu minimieren, sollten Einkäufer eine vollständige Zeichnung, ein CAD-Modell, die voraussichtliche jährliche Nutzungsmenge, Anforderungen an Material und Oberflächenbeschaffenheit, kritische Maße, gesetzliche Vorgaben sowie den Zeitplan für die Markteinführung bereitstellen. Durch eine frühzeitige Lieferantenprüfung lassen sich Konstruktionsänderungen noch vor Beginn des Werkzeugbaus erkennen.

Prüfverfahren für kritische Maße an Stanzteilen

Zu den Prüfverfahren für kritische Maße an Stanzteilen können Messschieber, Mikrometer, Höhenmessgeräte, optische Messverfahren, Bildverarbeitungssysteme, Go/No-Go-Lehren, Koordinatenmessgeräte und Funktionslehren gehören. Das Verfahren sollte auf das Merkmal und das Produktionsvolumen abgestimmt sein.

Bei Teilen, die in großen Stückzahlen gefertigt werden, können Funktionsprüfvorrichtungen und Bildverarbeitungssysteme dabei helfen, Abweichungen schnell zu erkennen. Bei komplexen oder kritischen Maßen kann bei der Erstmuster- oder Prozessfreigabe eine Koordinatenmessmaschine zum Einsatz kommen. Die Grathöhe, die Ebenheit, die Schichtdicke und die Federfunktion müssen unter Umständen separat geprüft werden.

Prüfpläne sollten sich auf qualitätskritische Merkmale konzentrieren. Die Messung zu vieler nicht kritischer Maße kann die Produktion verlangsamen, ohne das tatsächliche Risiko zu verringern. Werden zu wenige Maße gemessen, kann dies dazu führen, dass Werkzeugverschleiß oder Prozessabweichungen bis in die Montage gelangen.

Anträge, Unterlagen und Kriterien für die Lieferantenbewertung

Die besten Legierungen für korrosionsbeständige Stanzteile

Die besten Legierungen für korrosionsbeständige Stanzteile hängen von der Umgebung, der mechanischen Beanspruchung, der Umformbarkeit, den elektrischen Anforderungen und der Oberflächenbeschaffenheit ab. Zu den gängigen Werkstoffgruppen zählen Edelstähle, Aluminiumlegierungen, beschichtete Kohlenstoffstähle, Kupferlegierungen, Nickellegierungen und Sonderlegierungen.

Edelstahl wird häufig aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit gewählt. Aluminium zeichnet sich durch geringes Gewicht und unter vielen Bedingungen durch natürliche Korrosionsbeständigkeit aus. Kupferlegierungen wie Messing und Phosphorbronze kommen häufig dort zum Einsatz, wo Leitfähigkeit, Federverhalten oder Kontaktleistung eine Rolle spielen. Nickellegierungen und Speziallegierungen können verwendet werden, wenn eine höhere Temperatur- oder Chemikalienbeständigkeit erforderlich ist.

Die Materialauswahl sollte nicht allein auf der Grundlage der Korrosionsbeständigkeit erfolgen. Die Legierung muss sich zudem rissfrei formen lassen, die Toleranzanforderungen erfüllen, sich für die Endbearbeitung eignen und die erforderliche Produktionsgeschwindigkeit ermöglichen.

Anwendungsfälle in den Bereichen Automobil, Elektrofahrzeuge, Elektronik, Medizin, Haushaltsgeräte und Industrie

Zu den Anwendungen im Automobil- und Elektrofahrzeugbereich zählen Halterungen, Klammern, Anschlüsse, Abschirmungen, strukturelle Verstärkungen, Sicherheitskomponenten und Teile für Batteriegehäuse. Das Warmprägen von ultrahochfesten Stählen kommt in einigen Sicherheits- und Strukturanwendungen zum Einsatz, bei denen sowohl Festigkeit als auch Gewichtsreduzierung wichtig sind. Elektrofahrzeug-Plattformen haben zudem das Interesse an großen geprägten Batterieträgern, Gehäusen und integrierten Karosseriestrukturen gesteigert.

In der Elektronik kommen speziell geprägte Kontakte, Anschlüsse, Federkontakte, Abschirmungen und Steckverbinderteile aus Kupferlegierungen zum Einsatz. Diese Teile erfordern häufig feine Strukturen, kontrollierte Grate, eine Beschichtung sowie ein reproduzierbares Federverhalten.

In der Medizintechnik, im Haushaltsgerätebau und in der Industrie werden Stanzteile für Gehäuse, Klammern, Halterungen, Abdeckungen, Rahmen und funktionale Metallkomponenten verwendet. In diesen Branchen können zusätzliche Anforderungen hinsichtlich Sauberkeit, Rückverfolgbarkeit, Korrosionsbeständigkeit oder spezifischer Qualitätsdokumentation gelten.

Welche Unterlagen und Qualitätssicherungssysteme sollten Einkäufer prüfen?

Käufer sollten prüfen, ob das Qualitätsmanagementsystem des Lieferanten dem Anwendungsrisiko entspricht. Bei Projekten in der Automobilindustrie sind unter Umständen PPAP- und AIAG-konforme Unterlagen erforderlich. Bei Projekten im Bereich Medizinprodukte können Qualitätsmanagementsysteme erforderlich sein, die den regulatorischen Anforderungen an die Fertigung entsprechen, wie beispielsweise ISO 13485. Bei Projekten in der allgemeinen Industrie sind möglicherweise Prüfberichte, Materialzertifikate, Beschichtungszertifikate und Aufzeichnungen zur Änderungskontrolle erforderlich.

Ein Ausschreibungspaket sollte die aktuelle Zeichnungsversion, CAD-Daten (sofern verfügbar), Materialspezifikationen, Anforderungen an die Oberflächenbehandlung oder Beschichtung, den jährlichen Verbrauch (EAU), qualitätskritische Merkmale, Anforderungen an die Gratrichtung oder den Kantenzustand, Verpackungsanforderungen sowie etwaige Erwartungen hinsichtlich FAI, PPAP, Validierung oder Rückverfolgbarkeit enthalten. Einkäufer sollten außerdem prüfen, wie Lieferanten die Annahmen für ihre Angebote definieren, damit der Umfang der Werkzeugfertigung, der Prüfumfang und die Nachbearbeitungsschritte zwischen den verschiedenen Angeboten vergleichbar sind. Fehlende Angaben in der Angebotsanfrage führen häufig zu Lücken in den Angeboten, Verzögerungen bei der Freigabe und dem Risiko von Änderungsaufträgen im späteren Verlauf des Projekts.

Zu den nützlichen Unterlagen können gehören:

• Materielle Zertifikate
• Prüfberichte zur Erstmusterprüfung
• Kontrollpläne
• Prozessablaufdiagramme
• Fehlermöglichkeits- und Auswirkungenanalyse, sofern erforderlich
• PPAP-Pakete für Automobilprogramme
• Aufzeichnungen zur Rückverfolgbarkeit von Chargen
• Pläne zur Wartung und Überprüfung von Werkzeugen
• Zertifikate für Beschichtungen oder Galvanisierung

Entscheidend ist, den Detaillierungsgrad der Dokumentation an das mit dem Bauteil verbundene Risiko anzupassen. Eine nicht kritische Abdeckung erfordert nicht dieselben Kontrollmaßnahmen wie eine Sicherheitskomponente, ein Implantatbauteil oder ein elektrischer Kontakt, der in einer regulierten Baugruppe verwendet wird.

Entscheidungsmatrix: Materialtauglichkeit, Prozessfähigkeit, Zertifizierungen, Werkzeugunterstützung und Produktionsrisiko

Maßgefertigte Metallstanzteile eignen sich am besten, wenn die Konstruktion stabil ist, die Stückzahl hoch genug ist, um den Einsatz von Werkzeugen zu rechtfertigen, die Geometrie aus Blech geformt werden kann und die geforderten Toleranzen mit dem Stanzverhalten übereinstimmen. Das Verfahren ist weniger geeignet, wenn sich das Bauteil noch in der Entwicklung befindet, die Stückzahl gering ist, die Geometrie dickwandig oder vollständig dreidimensional ist oder die Konstruktion nach dem Stanzen zahlreiche Nachbearbeitungen erfordert.

Der beste nächste Schritt ist eine Machbarkeitsprüfung hinsichtlich Material, Geometrie, Werkzeugen, Toleranzen, Oberflächenbearbeitung und Prüfanforderungen, bevor man sich für die Fertigungswerkzeuge entscheidet. Dies reduziert Nacharbeiten und hilft Einkäufern dabei, das Stanzen mit Laserschneiden, Zerspanung, Metallbau, Guss und additiver Fertigung hinsichtlich des Gesamtrisikos zu vergleichen – und nicht nur hinsichtlich des Stückpreises.

FAQ

Referenzen

https://www.iso.org/standard/5402.html

https://www.iso.org/standard/78137.html