Das Stanzen ist einer der grundlegendsten Vorgänge beim Metallstanzen. Es wandelt flaches Blech oder Spulenmaterial in einzelne Teile – sogenannte Rohlinge – um, indem das Material mit einem Stempel und einer Matrize entlang einer geschlossenen Kontur geschnitten wird. Unabhängig davon, ob Sie Halterungen, Gehäuse, elektrische Kontakte oder Automobilplatten herstellen, legt der Stanzprozess die Grundlage für die Teilegeometrie, die Kantenqualität und die nachfolgenden Umformvorgänge.
Dieser Leitfaden behandelt die Mechanik des Stanzens, wie es sich vom Stanzen unterscheidet, die wichtigsten verfügbaren Stanzmethoden, Materialnutzungsstrategien , häufige Fehler und deren Behebung sowie die Tonnageberechnungen, die Sie für die Pressenauswahl benötigen.
Was ist der Blanking-Prozess?
Beim Stanzen von Metall handelt es sich beim Stanzen um einen Schervorgang, bei dem das gewünschte Teil aus dem Blech herausgeschnitten wird und als fertiges Stück durch die Matrizenöffnung fällt. Das umgebende Material – das Skelett oder Netz – wird zu Abfall. Dies ist das entscheidende Merkmal, das das Stanzen vom Stanzen (Lochlochen) unterscheidet, bei dem der entfernte Rohling Ausschuss ist und das Blech das Loch behält.
Funktionsweise des Scherens
Wenn der Stempel nach unten geht und das Blech berührt, durchläuft das Scheren vier verschiedene Phasen:
- Elastische Verformung – Das Material wird unter der Stempelspitze leicht komprimiert; Es findet noch keine dauerhafte Formveränderung statt.
- Plastische Verformung – Der Stempel dringt in das Material ein und erzeugt auf der dem Stempel am nächsten gelegenen Seite ein brüniertes (glattes) Schnittband.
- Bruch – Risse entstehen an den Schneidkanten des Stempels und der Matrize und breiten sich nach innen aus. Dort, wo die beiden Bruchzonen aufeinander treffen, trennt sich das Material.
- Trennung – Der Rohling gibt die Matrizenöffnung frei. Auswerferstifte oder Abstreifer drücken das Teil oder Skelett frei.
Der resultierende Querschnitt eines ausgestanzten Teils zeigt vier charakteristische Zonen: den Überschlag (Scherband oben), die Polierzone (glattes vertikales Band), die Bruchzone (raue, abgewinkelte Oberfläche) und den Grat (dünne, scharfe Lippe am unteren Rand).
Abstand: Der kritischste Parameter
Matrizenabstand – der Abstand zwischen der Schneidkante des Stempels und der Schneidkante der Matrize, gemessen pro Seite – steuert direkt die Kantenqualität, die Grathöhe und die Werkzeuglebensdauer.
| Spiel pro Seite (% der Materialstärke) | Typisches Ergebnis |
|---|---|
| 3–5 % | Fester Sitz; minimaler Überschlag; höherer Stempelverschleiß; wird beim Präzisionsschneiden verwendet |
| 5–8 % | Standard für die meisten Stähle; gutes Polier-zu-Bruch-Verhältnis |
| 8–12 % | Größerer Spalt; größerer Überschlag und Grat; geringere Tonnage; geeignet für weichere Aluminiumlegierungen |
| > 12 % | Übermäßiger Grat und Verformung; Im Allgemeinen für die Produktion nicht akzeptabel |
Faustregel: Für Weichstahl (bis zu 3 mm Dicke) 5–7 % Spiel pro Seite verwenden. Für Aluminium 6–8 %; für Edelstahl 7–10 %. Konsultieren Sie immer materialspezifische Richtlinien und testen Sie Musterrohlinge, bevor Sie sich für die Produktion von Werkzeugen entscheiden.
Die Gratrichtung beim Stanzen ist vorhersehbar: Der Grat bildet sich immer auf der -Schrottseite – die dem Stempel gegenüberliegende Seite. Beim Stanzen befindet sich der Grat daher an der Unterkante des fertigen Rohlings (Matrizenseite). Wenn auf einer bestimmten Oberfläche eine gratfreie Kante erforderlich ist, richten Sie das Teil in der Matrize entsprechend aus.
Blanking vs. Punching (Piercing): Was ist der Unterschied?
Die Begriffe werden oft verwechselt, aber die mechanische Unterscheidung ist einfach:
| Merkmal | Stanzen | Stanzen (Piercing) |
|---|---|---|
| Ziel | Das ausgeschnittene Teil als fertiges Teil herstellen | Ein Loch im Blech erzeugen; der Rohling ist Ausschuss |
| Nutzteil | Das Stück, das durch die Matrize fällt | Das Blech, das auf der Matrize verbleibt |
| Matrizenprofil | An die Teilekontur angepasst | Rund oder an die Lochgeometrie angepasst |
| Stempelprofil | Folgt der Teilekontur (etwas kleiner aufgrund des Spiels) | Passt zur Lochform |
| Ausschuss | Das auf dem Band verbleibende Skelett (Netz) | Der ausgestanzte Butzen |
| Typische Anwendung | Flache Zuschnitte, Halterungen, Dichtungen, Unterlegscheiben | Befestigungslöcher, Lüftungsschlitze, Zugangsausschnitte |
Beim Folgestanzen erfolgen beide Vorgänge häufig am selben Band in verschiedenen Stationen – dem Stanzen an der Endstation und schlägt auf frühere ein.
Arten der Ausblendung: Ein Vergleich
Nicht alle Ausblendungsvorgänge führen zu den gleichen Ergebnissen. Die Wahl der Methode hängt von den Teiletoleranzen, den Anforderungen an die Kantenqualität, dem Produktionsvolumen und den Kostenbeschränkungen ab.
Konventionelles Blanking (Standard Blanking)
Die gebräuchlichste Methode. Ein einzelner Stempel durchschneidet das Material mit Standardspiel (5–8 % pro Seite). Die Bruchzonen von Stempel- und Matrizenseite treffen schräg aufeinander, so dass an der Schnittkante eine sichtbare Bruchlinie entsteht.
- Toleranzen: ± 0,1 – 0,3 mm (typisch für Stahl)
- Kantenbeschaffenheit: Mäßig; Polierzone = 30–50 % der Materialdicke
- Geschwindigkeit: Hoch; 100–800+ SPM auf Hochgeschwindigkeitspressen
- Kosten: Niedrige Werkzeugkosten; niedrigste Stückkosten bei hohem Volumen
- Am besten geeignet für: Allzweckteile, bei denen die gestanzte Kante keine kritische Oberfläche darstellt
Feinstanzen (Präzisionsstanzen)
Beim Feinstanzen wird eine dreifach wirkende Presse verwendet: Ein V-Ring (Stinger) drückt das Blech ein, um Materialfluss zu verhindern, ein Gegendruckkissen hält den Rohling flach und der Stempel senkt sich mit sehr geringem Spiel (0,5–1 % pro Seite). Das Ergebnis ist eine vollständig gescherte Kante mit nahezu 100 % Glanz und minimalem Überschlag.
- Toleranzen: ± 0,02 – 0,05 mm
- Kantenbeschaffenheit: Ausgezeichnet; 90–100 % brüniert; Grathöhe < 0,05 mm
- Geschwindigkeit: Niedriger; 20–80 SPM
- Kosten: Hohe Werkzeugkosten; Spezialpresse erforderlich
- Am besten geeignet für: Getrieberohlinge, Kettenradplatten, Autositzkomponenten, Teile, die eine Bearbeitungsqualität ohne sekundäre Arbeitsgänge erfordern
Progressives Stanzen (Stanzen mit progressiver Matrize)
Der Rohling wird durch mehrere Stationen auf einer einzigen progressiven Matrize geformt, wobei jede einen bestimmten Arbeitsgang durchführt (Stanzen von Pilotlöchern, Einkerben, Formen und schließlich Stanzen). Der Streifen wird um einen Schritt vorwärts weitergeschaltet, der dem Stationsabstand entspricht.
- Toleranzen: ± 0,05 – 0,15 mm (stationsabhängig)
- Kantenbeschaffenheit: Wie bei der Stanzstation üblich; kann Formen und Prägen umfassen
- Geschwindigkeit: 100–1000+ SPM
- Kosten: Hohe Werkzeugkosten; Niedrigste Stückkosten bei sehr hohen Stückzahlen (> 100.000 Teile)
- Am besten geeignet für: Komplexe Teile mit hoher Stückzahl; Komponenten, die mehrere Vorgänge in einem Durchgang erfordern
Vergleichstabelle
| Parameter | Konventionelles Blanking | Feinstanzen | Progressives Blanking |
|---|---|---|---|
| Kantenqualität | 30–50 % Polieren | 90–100 % Polieren | 30–50 % Polieren (Blanking-Station) |
| Maßtoleranz | ± 0,1–0,3 mm | ± 0,02–0,05 mm | ± 0,05–0,15 mm |
| Grathöhe | 5–15 % der Dicke | < 3 % der Dicke | 5–15 % der Dicke |
| Pressentyp | Mechanisch/hydraulisch | Dreifach-hydraulisch | Hohe Geschwindigkeit mechanisch |
| SPM-Bereich | 100–800+ | 20–80 | 100–1000+ |
| Materialstärke | 0,3–12 mm | 0,5–16 mm | 0,3–6 mm |
| Werkzeugkosten | Niedrig–mittel | Hoch | Hoch |
| Kosten pro Teil | Niedrig | Mittel–hoch | Sehr niedrig (hohes Volumen) |
| Bester Volumenbereich | 10,000–500,000+ | 5,000–500,000 | 100.000–Millionen |
Materialnutzung und Nesting-Optimierung
Die Materialkosten betragen typischerweise 50–70 % der Gesamtkosten eines Stanzteils. Die Optimierung des Platinenlayouts (Nesting) auf dem Band ist eine der wirkungsvollsten Aktivitäten beim Stanzen.
Wichtige Verschachtelungsstrategien
- Reihenverschachtelung – Teile, die in geraden Reihen über die Streifenbreite ausgerichtet sind. Einfach zu entwerfen; Auslastung typischerweise 55–70 %.
- Versetzte Verschachtelung – Abwechselnde Reihen, die um einen halben Teilabstand versetzt sind. Erhöht die Auslastung um 5–15 % im Vergleich zur Reihenschachtelung für rechteckige oder längliche Teile.
- Rotationsschachtelung – Teile werden in optimalen Winkeln gedreht (häufig 30°, 45° oder benutzerdefiniert), um die Anzahl der Teile pro Streifen zu maximieren. Unregelmäßige Formen profitieren am meisten von diesem Ansatz.
- Gemeinsame Linienausblendung – Benachbarte Teile teilen sich eine einzige Schnittlinie, wodurch der Steg zwischen ihnen eliminiert wird. Kann die Auslastung um 10–20 % erhöhen, erfordert jedoch eine sorgfältige Werkzeugkonstruktion und kann den Gesenkverschleiß an der gemeinsamen Kante erhöhen.
- Ausschussfreies (gerüstfreies) Stanzen – Wird für durchgehende Streifen identischer Teile (z. B. elektrische Kontakte) verwendet, bei denen das Gerüst minimiert oder eliminiert wird.
So berechnen Sie die Materialausnutzung
Materialausnutzung (%) = (Gesamtrohfläche pro Streifen / Streifenquerschnittsfläche) × 100
Oder äquivalent:
Ausnutzung (%) = (Anzahl der Rohlinge pro Hub × Einzelrohfläche) / (Streifenbreite × Teilung) × 100
Eine Zielausnutzung von 70–85 % ist für die meisten Geometrien bei ordnungsgemäßer Verschachtelung erreichbar. Unter 60 % ist eine Neugestaltung der Werkzeuge oder des Layouts erforderlich.
Praktische Tipps
- Beziehen Sie Werkzeugingenieure frühzeitig ein – eine kleine Geometrieanpassung (Hinzufügen eines Radius, Anpassen einer Ecke) kann eine effizientere Verschachtelung ermöglichen.
- Berücksichtigen Sie Einschränkungen bei der Spulenbreite – Standardspulenbreiten (z. B. 300 mm, 600 mm, 1000 mm) können zu günstigeren Preisen führen als kundenspezifische Schlitzbreiten.
- Verwenden Sie Verschachtelungssoftware (z. B. Sigmanest, Lantek, AP100) für komplexe Formen, um Dutzende von Ausrichtungswinkeln schnell auszuwerten.
Häufige Ausschneidefehler und Lösungen
Selbst gut konzipierte Ausschneidevorgänge können zu Fehlern führen. In der folgenden Tabelle werden die häufigsten Probleme, ihre Grundursachen und Korrekturmaßnahmen aufgeführt.
| Defekt | Aussehen | Grundursache | Lösung |
|---|---|---|---|
| Übermäßiger Grat | Scharfe, erhabene Lippe an der Rohlingskante | Abgenutzte Schneidkanten; übermäßiger Spielraum; Material zu weich | Stempel und Matrize nachschärfen; Spielraum verringern; Verwenden Sie härteren Werkzeugstahl oder härtere Beschichtungen. |
| Rollover (matrizenseitiger Rollover) | Gekrümmte Vertiefung an der Eintrittskante des Rohlings | Zu großes Spiel; unzureichender Materialhalt; weiches Material | Spiel festziehen; Erhöhen Sie die Kraft des Blechhalters. V-Ring für Feinstanzen hinzufügen |
| Bruchzonenrauheit | Gezacktes, ungleichmäßiges Bruchband | Spiel zu eng (Risse treffen nicht sauber aufeinander); falsche Materialkornrichtung | Spiel optimieren; Teileausrichtung relativ zur Walzrichtung drehen |
| Kantenrisse | Risse, die von der gestanzten Kante in das Teil hineinstrahlen | Materialsprödigkeit; Gratseite unter Spannung bei der anschließenden Umformung; scharfe, gestanzte Kante wirkt als Rissinitiator | Vor dem Formen entgraten; Richten Sie die Gratseite zur Kompressionszone aus. Verwenden Sie Feinschneiden für kritische Kanten |
| Maßabweichung | Inkonsistente Rohlingsgröße über den gesamten Produktionslauf hinweg | Werkzeugverschleiß; Pressenauslenkung; Inkonsistenz der Streifenzuführung | Implementieren Sie geplante Werkzeugwartungen; Überprüfen Sie die Ausrichtung der Presse. Überprüfen Sie die Genauigkeit des Zuführers. |
| Verdrehung/Krümmung | Leerkettungen oder Verdrehungen nach dem Ausschneiden | Ungleichmäßiges Spiel; asymmetrische Stempelgeometrie; Eigenspannung im Spulenmaterial | Stempel und Matrize neu zentrieren; auf Werkzeugparallelität prüfen; Material vor dem Stanzen spannungsfrei machen |
| Butzenziehen | Abfallbutzen wird beim Aufwärtshub in die Matrize zurückgezogen | Vakuum unter Stempel; unzureichende Abstreifkraft; Unzureichender Abstand | Vakuumtrennanschlüsse hinzufügen; Erhöhen Sie den Federdruck des Abstreifers. Anbringen von butzenhaltenden Beschichtungen auf der Stempelfläche |
| Abrieb | Materialverschmierung auf der Stempel-/Matrizenoberfläche | Haftung zwischen Werkzeug und Werkstück; unzureichende Schmierung; falsche Werkzeugstahlsorte | TiN/CrN-Beschichtungen auftragen; Hartmetallwerkzeuge verwenden; Erhöhen Sie die Schmiermitteldurchflussrate |
| Abplatzen der Matrize | Kleine Brüche an der Schneidkante der Matrize | Schlagermüdung; falsche Härte des Matrizenstahls; Spiel zu eng für hartes Material | Verwenden Sie härteren Matrizenstahl (z. B. Übergang von D2 zu M2); Eintrittskegel zum Stumpf hinzufügen; Spielraum optimieren |
Tonnageberechnung für das Stanzen
Die korrekte Berechnung der erforderlichen Pressentonnage ist für die Auswahl der richtigen Presse und die Vermeidung von Unter- oder Übertonnageproblemen (Teilefehler, Pressenschäden oder Energieverschwendung) von entscheidender Bedeutung.
Standardformel
Stanzkraft (Tonnen) = (Umfang × Dicke × Scherfestigkeit) / 2000
Wobei:
– Umfang = Gesamtlänge der Schnittkontur (Zoll)
– Dicke = Materialdicke (Zoll)
– Scherfestigkeit = Materialscherfestigkeit (PSI)
– 2000 = Umrechnungsfaktor (2000 lbs = 1 Tonne)
Metrische Version
Stanzkraft (kN) = Umfang (mm) × Dicke (mm) × Scherfestigkeit (MPa) / 1000
Referenzwerte für die Scherfestigkeit
| Material | Zugfestigkeit (MPA) | Ungefähre Scherfestigkeit (MPa) |
|---|---|---|
| Weichstahl (AISI 1008–1020) | 300–420 | 250–350 |
| Edelstahl (304) | 515–620 | 400–500 |
| Aluminium 5052-H32 | 228–275 | 150–185 |
| Aluminium 6061-T6 | 290–310 | 200–220 |
| Kupfer C11000 | 210–380 | 170–250 |
| Messing C26000 | 300–400 | 220–300 |
Tipp: Als konservative Faustregel beträgt die Scherfestigkeit ≈ 0,6 × Zugfestigkeit für die meisten duktilen Metalle.
Sicherheitsmarge hinzufügen
Fügen Sie immer einen Sicherheitsfaktor von 20–30 % hinzu, um Folgendes zu berücksichtigen:
- Schwankungen der Materialeigenschaften (Wärme-zu-Wärme)
- Stumpfe Werkzeuge zwischen Nachschärfen
- Fehlausrichtung des Bandvorschubs, die Teilschnitte verursacht
- Gleichzeitige Umformvorgänge (in Kombination mit Stanzen)
Beispielberechnung: Schneiden eines 100 mm × 50 mm großen rechteckigen Rohlings aus 2 mm Weichstahl (Scherfestigkeit = 300 MPa):
Umfang = 2 × (100 + 50) = 300 mm
Kraft = 300 × 2 × 300 / 1000 = 180 kN
Mit 25 % Sicherheit Rand: 180 × 1,25 = 225 kN ≈ 23 Tonnen
Tonnagereduzierung: Scherwinkel
Durch Hinzufügen eines Scherwinkels (Rechen) zum Stempel oder der Matrize wird die Kontaktlinie über das Material versetzt, wodurch die Spitzenkraft durch die zeitliche Verteilung des Schnitts reduziert wird. Ein Scherwinkel von 1°–3° pro Seite (entspricht 5–15 % der Materialstärke über die Stempelfläche) kann die Spitzenlast um 30–50 % reduzieren, ohne die Rohlingsgeometrie zu beeinträchtigen.
Best Practices für das Produktionsschneiden
- Geben Sie die Gratseite in der Zeichnung an. Da die Gratrichtung beim Stanzen vorhersehbar ist, fügen Sie sie der Teilezeichnung hinzu, damit die Bediener die Matrize richtig ausrichten.
- Planen Sie die Werkzeugwartung nach Hubanzahl. Der Kantenverschleiß erfolgt allmählich; Planen Sie das Nachschärfen alle 50.000–200.000 Hübe ein (je nach Material und Beschichtung), anstatt auf sichtbare Mängel zu warten.
- Verwenden Sie beschichtete Werkzeuge für abrasive Materialien. TiN-, TiAlN- und CrN-Beschichtungen können die Werkzeugstandzeit beim Stanzen von rostfreiem Stahl, hochfestem niedriglegiertem Stahl (HSLA) oder verzinktem Material um das Zwei- bis Fünffache verlängern.
- Steuert die Ebenheit der Spule. Ein gewellter oder gewölbter Streifen führt zu einem ungleichmäßigen Abstand über den Schnitt, was zu unterschiedlichen Grathöhen und Rohlingsgrößen führt. Nivellieren Sie den Streifen bei Bedarf vor der Stanzstation.
- Überwachen Sie das Leergewicht als Qualitätsindikator. Das Wiegen einer Probe von Rohlingen pro Schicht ist eine schnelle, zerstörungsfreie Prüfung auf Maßabweichung oder Werkzeugverschleiß.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Stanzen und Schneiden in Blech?
Stanzen ist ein spezieller Schervorgang, bei dem das ausgestanzte Stück das gewünschte Teil ist und das umgebende Blech zu Ausschuss wird. Schneiden ist ein weiter gefasster Begriff, der Stanzen, Stanzen, Besäumen und Schlitzen umfasst. Beim Stanzen passt sich die Matrizenöffnung der Form des Teils an; Beim Stanzen passt sich die Matrize der Lochform an und der Butzen wird aussortiert.
Wie wird der Blanking-Abstand berechnet?
Der Stanzabstand wird als Prozentsatz der Materialstärke ausgedrückt, gemessen pro Seite zwischen den Schneidkanten des Stempels und der Stanze. Bei 2 mm dickem Stahl und 6 % Spiel pro Seite beträgt der Spalt beispielsweise 0,12 mm auf jeder Seite. Die Formel lautet: Abstand pro Seite = Materialstärke × (Abstand % / 100). Typische Werte liegen je nach Material und Qualitätsanforderungen zwischen 3 und 12 %.
Wofür wird Feinschneiden verwendet?
Feinschneiden wird verwendet, wenn ein Teil eine vollständig gescherte, nahezu gratfreie Kante ohne Nachbearbeitung benötigt. Zu den üblichen Anwendungen gehören Getrieberohlinge, Kettenradplatten, Komponenten für Autositzlehnen und Präzisionsflachteile, bei denen sich die Kantenqualität direkt auf die Funktion oder den Zusammenbau auswirkt. Beim Feinschneiden entstehen Kanten mit 90–100 % Glanzgrad und Grathöhen unter 0,05 mm.
Wie reduziere ich die Grathöhe beim Stanzen?
So reduzieren Sie die Grathöhe: (1) Abgenutzte Stempel- und Matrizenkanten schärfen oder ersetzen, (2) den Abstand auf 5–7 % pro Seite für die meisten Stähle optimieren, (3) beschichtete oder Hartmetallwerkzeuge verwenden, um die Kantenschärfe länger aufrechtzuerhalten, (4) für eine ordnungsgemäße Materialniederhaltung sorgen, um zu verhindern, dass sich das Blech während des Schnitts anhebt, und (5) Feinschneiden in Betracht ziehen, wenn die Anwendung einen Grat von nahezu Null erfordert.
Welche Presstonnage benötige ich zum Stanzen?
Berechnen Sie die Tonnage mithilfe der Formel: Kraft = (Umfang × Dicke × Scherfestigkeit) / 1000 (in kN, metrisch) oder / 2000 (in Tonnen, imperial). Rechnen Sie immer einen Sicherheitsfaktor von 20–30 % hinzu. Beispielsweise erfordert das Stanzen eines 100 mm × 50 mm großen Teils aus 2 mm Weichstahl etwa 225 kN (23 Tonnen). Die Presse muss außerdem über eine ausreichende Hublänge, Bettgröße und Geschwindigkeit für Ihre Produktionsanforderungen verfügen.
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