Reduzierung der Kosten pro Teil eines Herstellers durch fortschrittliche Stanztechnologie

Präzisionsstanztechnologie ist nicht neu, aber einer neuen Generation, die in die Metallverarbeitungsbranche einsteigt, könnte sie unbekannt sein – zumindest bis sie entdeckt, wie viele Dinge auf einer dieser Maschinen erledigt werden können. Sergeyryzhov/iStock/Getty Images Plus

Die Metallverarbeitung macht zwar nur einen kleinen Teil des gesamten US-amerikanischen Fertigungssektors aus, beschäftigt aber immer noch mehr als 1,45 Millionen Menschen in mehr als 60.000 Privatunternehmen. Diese Zahlen erreichen langsam wieder das Niveau vor der Pandemie, was bedeutet, dass eine neue Generation von Arbeitnehmern die Babyboomer ersetzt, die sich auf den Weg in den Ruhestand machen.

Mit dieser Umstellung gehen neue Augen einher. Diejenigen, die neu in der Metallverarbeitung sind, verfügen möglicherweise nicht über die umfassenden Kenntnisse in den Bereichen Stanzen, Biegen und Schweißen wie ihre Vorgänger, aber sie bringen eine neue Perspektive mit, die oft zu einer sehr herausfordernden Frage führt: „Warum machen wir das so?“

Unabhängig davon, wie lange Sie schon im Geschäft sind, zwingt diese Frage selbst Veteranen der Metallverarbeitung dazu, über mögliche Alternativen nachzudenken. Im Sinne der kontinuierlichen Verbesserung verdient alles eine kritische Betrachtung.

Das ist die Sichtweise, die viele in Bezug auf Präzisionsstanzmaschinen einnehmen. Das Arbeitstier der Metallverarbeitung, das am Ende des 20. Jahrhunderts die dominierende CNC-Maschine in den Werkstätten war, ist immer noch in Werkstätten zu finden, weil die Technologie einiges zu bieten hat. Früher war sie als Lochmaschine unübertroffen, doch die heutigen leistungsstarken Faserlaser-Schneidemaschinen stellen diesen Titel in Frage. Aber wenn es darum geht, nicht nur Zuschnitte unterschiedlicher Größe auszustanzen, sondern auch Formen zu erstellen, sind diese Maschinen immer noch eine Ausnahmeerscheinung. Es sind keine sekundären Prozesse erforderlich.

Jeff Tyl, nordamerikanischer Fertigungs- und Aftermarket-Vertriebsleiter bei Murata Machinery USA Inc., besuchte kürzlich eine Lohnfertigung, nachdem er auf einer Messe jemandem aus dem Unternehmen begegnet war. Der Messebesucher schaute sich Drehmaschinen an und bemerkte die Muratec-Stanzmaschine im Einsatz. Er hatte wirklich keine Ahnung, was eine solche Maschine leisten konnte.

Tyl sagte, dass er beim anschließenden Besuch in der Lohnfertigung zu verstehen begann, warum der Standbesucher so an der Stanzmaschine interessiert war. Im hinteren Teil der Werkstatt befand sich ein einfacher Plasmaschneidetisch, der Rohlinge bereitstellte, die häufig entgratet werden mussten, bevor sie für die Weiterverarbeitung verwendet wurden.

„Damals habe ich ihnen gesagt, dass man einige dieser Teile auf einer Revolverlochstanze im Normallinienschnitt schneiden kann und so Geld für den Ausschuss sparen wird. Sie können auch ein Klemmrad verwenden, das eine Rille in der Platte erzeugt und so leichtere Ausbrüche ermöglicht“, sagte er. „Außerdem kommt es bei der Revolver-Stanze nicht zu Schlackenansammlungen wie beim Plasma, sodass keine Reinigung erforderlich ist.“

Laut Tyl reagierte die Werkstatt auf die Nachricht, da die für den Plasmaschneidebetrieb verantwortliche Person neu im Job war. Er betrachtete den alten Prozess und dachte, dass es einen besseren Weg geben müsse. Die Stanzmaschine dürfte das Werkzeug dafür sein.

„Wenn man darüber nachdenkt, ist eine Stanzpresse selbst eine Automatisierung für sich“, sagte Tyl und verwies auf die Fähigkeit der Maschine, so viel zu tun. In vielen Fällen können Teile durch den Einsatz der richtigen Werkzeuge das Nachbiegen oder Bearbeiten vermeiden und direkt zur Montage, Lackierung, zum Schweißen oder zum Versand weitergeleitet werden.

Diese Botschaft ist der jüngeren Generation von Metallbauern, die nicht in den Anfängen der CNC-Stanztechnologie aufgewachsen sind, entgangen. Eine Stanzmaschine kann mehrere Fertigungsfunktionen erfüllen und hohe Toleranzen (+/- 0,004 Zoll in einigen Fällen) und Wiederholgenauigkeit bei Formen liefern, die ein menschlicher Bediener und eine Abkantpresse nur schwer erreichen könnten.

ABBILDUNG 1. Herkömmliche Revolver-Stanzpressen hatten lange Zeit Probleme mit der Abwärtsextrusion. Da das geformte Werkstück während der Blechbewegung von der Oberseite der Matrize abgehoben wird, verhindern moderne Werkzeuge eine Verschlechterung der Form, die durch Störungen mit der Matrize verursacht wird.

Für diejenigen, die bisher nur in Werkstätten waren, in denen Laserschneidmaschinen die Stanzarbeiten dominierten, finden Sie hier fünf Beispiele dafür, wie Stanzen die mit der Herstellung eines Teils verbundenen Kosten senken kann.

Das Anbringen von Befestigungselementen an Blechen ist kein Einzelfall. Die meisten Geschäfte verfügen in der Regel über Möglichkeiten zum Einsetzen von Hardware in der Werkstatt.

Was wäre, wenn das Werkstück für etwas wie eine Schweißmutter nicht zum Hardware-Einführbereich geführt werden müsste? Was wäre, wenn es während des Stanzvorgangs gehandhabt werden könnte?

Tyl sagte, dass einige Bediener in der verarbeitenden Industrie nicht wissen, dass die Möglichkeit zum Gewindeschneiden von Blech besteht. Sie sehen eine Beschlagsetzmaschine in der Werkstatt und denken, dass dort die Schweißmutter am Werkstück befestigt werden sollte.

Das muss nicht sein. Ein Gewindeschneidwerkzeug kann die erforderlichen Gewinde liefern, um das Hinzufügen einer Schweißmutter zu vermeiden. In Fällen, in denen das Blech nicht dick genug ist, um Platz für die Gewinde zu bieten, kann die Kombination aus einem Extrusionswerkzeug (siehe Abbildung 1) und dem Gewindeschneidwerkzeug Abhilfe schaffen. Der Stempel dringt durch das Blech, schneidet die Oberfläche ab und zwingt das Material dazu, in die Matrizenöffnung zu fließen. Dadurch entsteht genügend Oberfläche für das Gewindeschneidwerkzeug, um fünf oder sechs Gewindegänge in das extrudierte Loch einzubringen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer Schweißmutter sowie der Zeit- und Planungsaufwand für den Transport einer Palette voller Werkstücke zur Hardware-Einsetzmaschine.

„Im Vergleich zu internationalen Pendants bevorzugt der US-amerikanische [Metallverarbeitungsmarkt] typischerweise Materialien mit höherer Festigkeit“, sagte Tyl. „Wenn Material vom Typ A36 oder A1011 funktionieren könnte, drängen viele Leute darauf, diese Qualität auf A50 oder höher zu bringen.“

Der ASTM A572 Grade 50-Stahl ist eine hochfeste/niedriglegierte Platte. Es verfügt über ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ist korrosionsbeständig. Es ist auch teurer als andere leichtere Alternativen.

Wenn Sie die gleichen Festigkeitseigenschaften in einem leichteren und günstigeren Material liefern könnten, würden Sie diese Option ausprobieren? Nun, diese Option ist durch die Verwendung eines sogenannten Rollenwerkzeugs verfügbar (siehe Abbildung 2).

Das Rollenwerkzeug erzeugt eine Form im Blech, indem es das Material zwischen zwei Kugellagern in der oberen Werkzeugbaugruppe und dem einzelnen Kugellager in der unteren Baugruppe einklemmt. Da sich das Werkzeug in einer automatischen Indexierungsstation innerhalb des Revolvers befindet, kann das Werkzeug Formen, auch Rippen genannt, in jeder beliebigen Form erstellen. Die Rippen können an einer beliebigen Stelle auf dem Blatt beginnen oder enden.

Diese konturierten Formen im Blech sorgen für zusätzliche Festigkeit des Materials und ermöglichen eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Verformung durch äußere Kräfte, als dies normalerweise ohne Rippen der Fall wäre. Aus diesem Grund sind die Formen häufig in Schränken und Büromöbeln zu sehen, wo leichte Materialien gewünscht sind, aber Steifigkeit erwartet wird.

ABBILDUNG 2. Mit einem Rollenwerkzeug können mithilfe des automatischen Index im Revolver Rippen in der Kontur erstellt werden. Diese Rippen verleihen dem Blech eine zusätzliche Festigkeit, die normalerweise nicht verfügbar wäre.

„Es braucht wirklich einen Ingenieur, um zu verstehen, dass eine Stanzpresse und die richtigen Werkzeuge diese Art von Fähigkeiten bieten können“, erklärte Tyl.

Tyl erinnerte sich an einen Lohnfertiger, der wissen wollte, ob es möglich sei, Trittbleche aus hochfestem Aluminium auf einer Stanzmaschine herzustellen und so den sekundären Umformvorgang auf einer Abkantpresse zu vermeiden.

„In diesem Beispiel hat der Input der Stanzwerkzeugkonstrukteure wirklich geholfen“, sagte Tyl. Die Anwendungsingenieure von Mate Precision Technologies haben ein Upforming-Tool entwickelt, das den Zweck erfüllt.

Bei dieser Anwendung wird der Außenumfang des Werkstücks ausgestanzt. Dann kommt ein Upform-Werkzeug vom unteren Werkzeug und drückt fast 3/8 bis ½ Zoll in das Material hinein, während das Blech an Ort und Stelle gehalten wird. Wenn es fertig ist, wird das Upforming-Werkzeug in die untere Matrize zurückgezogen, um das Material nicht zu zerkratzen, und für die nächste Upforming-Position neu positioniert (siehe Abbildung 3).

„Indem sie ihre sekundären Prozesse offline geschaltet und die Umformung in die erste Verarbeitungsstufe verlagert haben, konnten sie Teile schneller produzieren. Ihre Zeitstudien haben das bestätigt“, sagte Tyl.

Ein gut platzierter Slot in einem Teiledesign kann zu einem besseren Design und Produktfluss in der Werkstatt führen. Der Schweißer muss vielleicht einspringen, aber in der heutigen Werkstatt geht es vor allem darum, einen Beitrag zu leisten, wo man kann.

In vielen Fällen wird ein Teil, das die Stanzmaschine verlässt, entweder zur Biege- oder Schweißabteilung weitergeleitet. Mit einem gestanzten Schlitz an der richtigen Stelle kann dieses Teil manchmal die Abkantpresse überspringen und direkt in die Schweißabteilung gelangen.

Tyl sagte, dass ein Schweißer die Biegung manuell selbst durchführen kann, indem er das Material in einer potenziellen Biegelinie entfernt. Zur Herstellung der Form ist nicht die volle Kraft einer Abkantpresse erforderlich, die einen Stempel in das Material treibt.

Der Schlitz kann auch als Orientierungshilfe dafür dienen, wo die nachfolgende Schweißnaht platziert werden muss. Wenn der Schweißdraht diesen offenen Raum füllt, entsteht eine viel stärkere Verbindung, als wenn der Schweißer einfach die Biegelinie außen an die Oberfläche eines anderen Werkstücks schweißen würde.

„Wie oft wurden in einer Produktionsumgebung Teile zur Schweißstation gebracht, um festzustellen, dass sie nie durch Pressen gebrochen waren? Dann müssen Sie zurückgehen und das Problem erneut beheben“, sagte Tyl. „Das alles kostet Zeit und Geld. Wenn Sie diesen Schlitz bereits in der ersten Verarbeitungsphase eingefügt haben, wissen Sie, wo er hingehört.“

ABBILDUNG 3. Umformwerkzeuge wurden so entwickelt, dass sie nur während des Umformvorgangs angehoben werden. Der Einsatz des Werkzeugs verbessert die Form und auch die Qualität des Werkstücks bei minimalen Kratzern.

Während eine Stanzmaschine hochpräzise und zuverlässig gleichbleibende Teile liefern kann, ist dies bei einer Abkantpresse nicht der Fall. Die bloße Anwesenheit eines menschlichen Bedieners birgt die Wahrscheinlichkeit inkonsistenter Ergebnisse. An einer Abkantpresse kann es vorkommen, dass ein Bediener das Teil nicht bündig mit dem Hinteranschlag abschließt oder dass der Rohling zu Beginn der Biegesequenz sogar auf den Kopf gestellt wird. Selbst der beste Operator wird hin und wieder abgelenkt.

Hier kann laut Tyl eine Stanzmaschine dabei helfen, den Betrieb der Abkantpresse fehlersicher zu machen. Während das Teil auf der Stanzmaschine ausgestanzt wird, kann ein Anreißwerkzeug (siehe Abbildung 4) ein R oder ein L auf dem Teil platzieren, um die rechte oder linke Seite zu kennzeichnen. Mit einem Multifunktionswerkzeug, das alle 26 Buchstaben des Alphabets in die Materialoberfläche stanzen kann, können Wörter geschrieben werden. Tyl fügte hinzu, dass einige Geschäfte, die den medizinischen Bereich beliefern, tatsächlich ein solches Multitool verwenden, um vollständige Sätze über medizinische Teile zu erstellen.

Die Stanzmaschine ist zwar nicht der Star der FABTECH und anderer Metallverarbeitungsmessen, aber sie nimmt dennoch einen wichtigen Platz in der Werkstatt ein. Es könnte an Bedeutung gewinnen, wenn immer mehr junge Menschen in die Branche einsteigen und entdecken, was die alte Stanzpresse zu bieten hat.

„Wenn man an eine Revolverstanze denkt, egal ob es darum geht, ein Loch zu bohren, ein Teil zu markieren, ein Profil zu schneiden oder eine Form zu erstellen, dann ist das alles Automatisierung“, sagte Tyl. „Wenn Sie mehr als einen Prozess durchführen möchten, können Sie mithilfe dieses Maschinentyps möglicherweise die gesamte Aufgabe automatisieren.“

Anmerkung des Herausgebers: John Ripka, Anwendungstechniker bei Mate Precision Technologies, www.mate.com, hat zu diesem Artikel beigetragen.

ABBILDUNG 4. Ein Anreißwerkzeug kann für Markierungen oder Ätzungen auf der Oberfläche des Blechs verwendet werden. Das Programmiersystem der Stanzmaschine übernimmt die gewünschten Beschriftungsanweisungen.