Metallprägen: Wichtige Verfahren und industrielle Anwendungen erklärt

Stellen Sie sich vor, Sie verwandeln ein gewöhnliches Metallblech mit Präzisionsformen und starkem Druck in komplizierte, komplexe Teile – das ist die Essenz des Metallstanzens. Als eine der effizientesten und kostengünstigsten Herstellungsmethoden spielt das Metallstanzen eine entscheidende Rolle bei der Produktgestaltung und -funktionalität. Aber wie genau funktioniert es? Was sind seine verschiedenen Verfahren und Arten? Und wo wird es eingesetzt? Dieser Artikel befasst sich mit der vielfältigen Welt des Metallstanzens und seiner entscheidenden Rolle in der modernen Fertigung.

Metallstanzen ist ein Kaltumformungsverfahren, das Metallbleche oder -bänder in bestimmte Formen umwandelt. Unter Verwendung scharfer Werkzeuge und enormen Drucks werden Metallmaterialien geschnitten, gestanzt, geformt und veredelt. Die Technologie produziert nicht nur präzise zweidimensionale Teile, sondern wandelt auch flache Bleche in komplizierte dreidimensionale Strukturen um.

Das Metallstanzen basiert auf verschiedenen spezialisierten Verfahren, die jeweils unterschiedliche physikalische Prinzipien zur Formgebung des Materials anwenden. Im Folgenden sind die gängigsten Techniken aufgeführt:

Beim Lochen wird ein Stempel durch ein Metallblech getrieben, um Löcher zu erzeugen. Das Abfallmaterial (als „Schrott“ bezeichnet) fällt in die darunter liegende Matrize. Während es sich typischerweise um einen Kaltumformprozess handelt, wird das Heißlochen in speziellen Anwendungen eingesetzt. Aufgrund seiner Erschwinglichkeit und Effizienz ist das Lochen ideal für viele Fertigungsprojekte.

Ausstanzen ist ein Zwischenschritt, der Rohlinge aus Metall für nachfolgende Arbeitsgänge vorbereitet. Durch das Ausschneiden einer vorläufigen Form aus dem Blech minimieren die Hersteller die Gratbildung in späteren Phasen und verbessern so die Teilequalität und -präzision.

Prägen ist eine Kaltumformtechnik, mit der dekorative oder funktionale Muster auf Metallteilen erzeugt werden. Unter Verwendung von passenden männlichen und weiblichen Matrizen wird das Werkstück verdichtet, um dreidimensionale Designs wie Logos, Texturen oder Verstärkungsrippen zu erzeugen.

Beim Prägen wird extremer Druck eingesetzt, um Metall in eine Matrize zu pressen, wodurch dauerhafte Muster eingeprägt werden, während gleichzeitig Kanten geglättet und das Material gehärtet wird. Dieser Prozess macht oft eine Nachbearbeitung überflüssig, wodurch Zeit und Kosten gespart werden.

Beim Biegen werden flache Bleche in dreidimensionale Komponenten umgewandelt, indem das Metall entlang einer bestimmten Achse verformt wird. Der Prozess berücksichtigt die Materialplastizität – verschiedene Metalle tolerieren unterschiedliche Belastungsgrade, bevor sie brechen. Die richtige Kornausrichtung stellt sicher, dass sich das Metall gleichmäßig dehnt, anstatt zu reißen.

Beim Bördeln werden kleine Abschnitte oder Laschen eines Werkstücks in einem Winkel von 90 Grad gebogen. Im Gegensatz zum allgemeinen Biegen zielt es auf lokalisierte Bereiche ab und kann für mehr Effizienz in kundenspezifische Matrizen integriert werden.

Die Metallstanztechniken variieren stark und kombinieren oft mehrere Verfahren. Die häufigsten Typen sind:

Diese Methode verwendet Mehrfachstationen-Matrizen, wobei jede Station einen oder mehrere Arbeitsgänge ausführt. Das Werkstück wird schrittweise weiterbewegt, bis es im letzten Schritt vom Rohmaterial getrennt wird. Progressive Matrizen sind wirtschaftlich, benutzerfreundlich und ideal für Designs, die mehrere Stanzvorgänge erfordern.

Beim Tiefziehen werden flache Metallstreifen wiederholt in hohle, tief ausgesparte Teile wie Zylinder geformt. Jeder Hub vertieft den Hohlraum schrittweise, bis die gewünschte Form erreicht ist. Diese Technik eignet sich für Messing, Kupfer, Nickel und Edelstahl und wird häufig in der Automobil- und Geräteherstellung eingesetzt.

Im Gegensatz zu progressiven Matrizen, die sich auf Metallstreifen zur Zuführung von Werkstücken verlassen, entfernen Transfermatrizen Teile frühzeitig und verwenden mechanische Systeme, um sie zwischen den Stationen zu bewegen. Dieser Ansatz berücksichtigt komplexe Merkmale (z. B. Perforationen, Gewinde oder Rändelungen) und übergroße Komponenten.

Das Multi-Slide-Stanzformen wurde für Teile mit mehreren Biegungen oder komplizierten Geometrien entwickelt und formt mehrere Abschnitte gleichzeitig. Es wird häufig für gewickelte oder kontinuierlich gebogene Komponenten verwendet.

Im Vergleich zu anderen Herangehensweisen in der Fertigung bietet das Metallstanzen oft überlegene Vorteile.

Beim Druckguss wird geschmolzenes Metall unter hohem Druck in Formen eingespritzt, wodurch nach dem Abkühlen feste Teile entstehen. Während es auf Nichteisenmetalle beschränkt ist, eignet es sich für komplexe Geometrien, verursacht aber höhere Kosten. Das Stanzen hingegen funktioniert sowohl mit Eisen- als auch mit Nichteisenmaterialien, kann aber mit extremen Dicken oder komplizierten Designs zu kämpfen haben.

Beim Laserschneiden wird Material mit fokussierten Strahlen verdampft, wodurch glatte Kanten und hohe Präzision erzielt werden. Die Hitzeeinwirkung kann jedoch die Stahleigenschaften verändern, und der Prozess kann keine dreidimensionalen Formen erzeugen. Das Stanzen verarbeitet dickere Materialien und verschiedene Metalle und integriert gleichzeitig das Formen und Schneiden in einem einzigen Arbeitsablauf.

• Automobil: Karosserieteile, Fahrgestellteile, Motorkomponenten und Innenausstattung.
• Elektronik: Gehäuse, Steckverbinder, Kühlkörper und Batteriekontakte.
• Geräte: Kühlschalen, Waschmaschinentrommeln und Klimaanlagenrahmen.
• Medizin: Chirurgische Instrumente, Implantate und Gerätegehäuse.
• Luft- und Raumfahrt: Strukturteile von Flugzeugen, Motoranbauteile und Kabinenausstattung.
• Konstruktion: Dach, Verkleidung, Fenster und tragende Elemente.

• Hohe Effizienz: Ermöglicht die Massenproduktion mit schnellen Zykluszeiten.
• Kosteneffizienz: Maximiert die Materialausnutzung und minimiert den Abfall.
• Präzision: Erzielt enge Toleranzen und komplexe Geometrien.
• Festigkeit: Erhöht die strukturelle Integrität durch Arbeitsverfestigung.
• Oberflächenqualität: Liefert glatte, ästhetisch ansprechende Oberflächen.
• Material Vielseitigkeit: Verarbeitet Stahl, Aluminium, Kupfer und Speziallegierungen.

Matrizen sind Spezialwerkzeuge, die Metallbleche schneiden und formen. Sie werden mit CAD-Software und Analyseprogrammen entworfen und gewährleisten die Maßgenauigkeit. Werkzeugstahl- oder Hartmetallmatrizen halten hohem Druck und Verschleiß während der Produktion stand.

Matrizen erfüllen zwei Hauptfunktionen – Schneiden und Formen – manchmal gleichzeitig.

Diese trennen Metall durch Scherkraft und verwenden Techniken wie Lochen, Ausstanzen und Prägen.

Formwerkzeuge formen Metall durch Kompression um und verwenden Methoden wie Biegen, Bördeln und Prägen.

• Werkzeug- und Matrizenherstellung: CNC-Maschinen, EDM-Systeme, Drehmaschinen, Fräsmaschinen und Schleifmaschinen.
• Pressen: Hydraulische oder mechanische Pressen üben Kraft auf Matrizen und Werkstücke aus.
• Sekundäre Ausrüstung: Entgraten, Richten und Reinigen von Maschinen verfeinern die fertigen Teile.