Eine einfache Analyse von Stanzwerkzeugen

　　Das Stanzen ist eines der praktischen Verfahren zur Massenfertigung von Bauteilen. Während des Stanzprozesses treten die meisten Probleme mit den Werkzeugen auf; sie sind der wichtigste Faktor im gesamten Stanzproduktionsprozess und haben direkten Einfluss auf die Produktionseffizienz und die Kosten sowie auf die Lieferzeiten der Produkte. Die Werkzeugprobleme konzentrieren sich hauptsächlich auf Werkzeugschäden, Qualitätsmängel der Produkte und die Schleifbearbeitung der Werkzeuge – sie belasten die industrielle Produktion seit langem. Nur wenn diese entscheidenden Punkte richtig behandelt werden, kann die Stanzproduktion reibungslos ablaufen.

　　1 Formfehler

　　Formfehler sind das am häufigsten auftretende Problem in der Stanzproduktion, führen häufig zu Produktionsausfällen und beeinträchtigen den Produktionszyklus. Daher ist es unbedingt erforderlich, die Ursache von Formfehlern so schnell wie möglich zu ermitteln und sie sachgerecht zu reparieren.

　　1.1 Schimmelbeschädigung

　　Schäden an Formen beziehen sich auf Risse, Brüche oder Ausdehnungen der Form. Um Probleme mit Formschäden zu lösen, müssen die Ursachen sowohl in der Konstruktion der Form als auch in den Fertigungsprozessen und im Einsatz der Form gesucht werden.

　　Zunächst muss geprüft werden, ob das für die Herstellung des Werkzeugs verwendete Material geeignet ist und ob das entsprechende Wärmebehandlungsverfahren sinnvoll ausgelegt ist. In der Regel hat das Wärmebehandlungsverfahren des Werkzeugmaterials einen erheblichen Einfluss auf dessen Leistung. Wenn die Härtetemperatur des Werkzeugs zu hoch ist, das Härtungsverfahren oder die Härtedauer nicht optimal gewählt werden oder die Anzahl der Anläufe sowie die Anlass­temperatur und -zeit unangemessen sind, kann dies dazu führen, dass das Werkzeug nach dem Start der Stanzproduktion beschädigt wird. Eine unzureichende Auslegung der Abmessungen oder der Tiefe der Ausstanzlöcher führt leicht zu Verstopfungen der Nutlöcher und damit zu Schäden am Ausstanzblech. Eine zu geringe Federkraft oder unterschiedlich hohe Hülsen führen zu Federbrüchen und einem Kippen des Ausstanzblechs, was zu überlappenden Stanzvorgängen und damit zu Beschädigungen der Teile führt. Eine unsachgemäße Befestigung des Stempels oder eine unzureichende Schraubenfestigkeit kann dazu führen, dass der Stempel herunterfällt oder abbricht.

　　Bei der Verwendung von Formen können Fehlpositionierungen oder -ausrichtungen der Teile sowie unsachgemäße Befestigung der Schrauben zu Problemen führen. Eine zu niedrige Einstellung der Arbeitshöhe oder eine unzureichende Schmierung der Führungssäulen können ebenfalls Schäden an der Form verursachen. Wenn eingedrungene Fremdkörper, überlappende Werkstücke oder blockierte Abfallmaterialien nicht rechtzeitig beseitigt werden und die Produktion weiter fortgesetzt wird, können die Auswerferplatte, der Stempel, die Unterformplatte und die Führungssäulen der Form leicht beschädigt werden.

　　1,2-Kartenform

　　Während des Stanzvorgangs muss die Produktion sofort eingestellt werden, sobald sich die Form nicht mehr flexibel schließen lässt oder sogar festsitzt, um die Ursache für das Verklemmen zu ermitteln und den Fehler zu beheben. Andernfalls könnte sich der Fehler weiter ausweiten und zur Beschädigung der Form führen.

　　Die Hauptursachen für Formklemmungen sind: schlechte oder schräge Führung der Form, oder das Vorhandensein von Fremdkörpern zwischen den Formplatten, die verhindern, dass die Platten plan anliegen; unzureichende Festigkeitsauslegung der Form oder ungleichmäßige Belastung, die zu Verformungen der Form führen – zum Beispiel wenn die Härte oder Dicke des Formblocks und der Formplatten zu gering ausgelegt sind, sodass sie leicht durch äußere Einwirkungen verformt werden; fehlerhafte Montage der Formposition, wobei die Positionierungsabweichungen zwischen Ober- und Unterform die zulässigen Toleranzen überschreiten; oder eine zu geringe Genauigkeit der Presse, die zu Interferenzen in der Form führt; unzureichende Festigkeit der Stempel oder zu nahe beieinander liegende Stempelgrößen, was zu einer unausgeglichenen Seitenkraft auf die Form führt. In solchen Fällen sollte die Stempelfestigkeit erhöht und die Führungsschutzfunktion der Auswerferplatte verstärkt werden.

　　1.3 Schäden und Reparaturen an Formen

　　Die Werkzeugkosten in der Stanzproduktion sind hoch. In der Regel machen die Werkzeugkosten 1/5 bis 1/4 der Gesamtkosten des Bauteils aus. Dies liegt nicht nur daran, dass die Herstellung von Formen äußerst schwierig und kostenaufwendig ist, sondern auch an den hohen Kosten für die Reparatur sowie das Schärfen und die Wartung der Formen nach deren Inbetriebnahme – wobei die ursprünglichen Herstellungskosten der Form nur etwa 40 % der gesamten Werkzeugkosten ausmachen. Daher kann eine rechtzeitige Wartung der Formen und die Verhinderung von Formschäden die Werkzeugkosten in der Stanzproduktion erheblich senken.

　　Nach einer Beschädigung der Form stellt sich zusätzlich die Frage, ob sie repariert oder entsorgt werden soll. Im Allgemeinen sind Ausfälle von Stanzwerkzeugen, die nicht durch natürlichen Verschleiß verursacht werden – etwa der Bruch von nicht kritischen Bauteilen sowie das Brechen kleiner Stempel, das Verkürzen und Verdicken von Stempeln, Risse in den Matrizenplatten oder das Abbrechen der Schneidkanten – in den meisten Fällen so zu beheben, dass das Werkzeug vollständig in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt und wieder in die Stanzproduktion integriert werden kann. Wenn jedoch die kritischen Komponenten der Form schwer beschädigt sind – zum Teil sogar Stempel und Matrize gleichzeitig – und die einmalige Reparaturkosten mehr als 70 % des ursprünglichen Anschaffungswerts des Stanzwerkzeugs betragen oder die Lebensdauer der Form bereits nahezu erschöpft ist, verliert die Reparatur ihren Sinn. In solchen Fällen sollte über eine Entsorgung der Form nachgedacht werden: Mit Ausnahme großer Formen und komplex aufgebauter Durchlaufformen sollte man bei zu komplexen Reparaturverfahren, zu hohen Reparaturkosten und großen Schwierigkeiten, die zwangsläufig zu einem übermäßig langen Reparaturzeitraum führen und die normale Stanzproduktion erheblich beeinträchtigen, lieber auf einen vorzeitigen Ausfall und eine Neufertigung der Form setzen.

　　Unter normalen Bedingungen ist die Hauptausfallform von Stanzwerkzeugen übermäßiger Verschleiß. Von der Herstellung und Auslieferung eines neuen Werkzeugs bis zum Zeitpunkt, an dem die Grate der gestanzten Teile den zulässigen Grenzwert überschreiten oder die Maß- und Form-/Lagegenauigkeit der Teile nicht mehr eingehalten wird und das Werkzeug nicht mehr repariert werden kann oder gar keinen Reparaturwert mehr besitzt, muss das Werkzeug schließlich entsorgt werden. Von der Inbetriebnahme eines neuen Werkzeugs bis zu seinem Ausfall und anschließenden Ausschuss dauert es in der Regel mehrere Reparaturen und Schleifarbeiten.

　　2 Qualitätsmängel der Teile

　　Der häufigste Qualitätsmangel bei Produkten ist die Abweichung der Produktmaße von den vorgeschriebenen Toleranzen. Nur bei wenigen Produkten treten Oberflächenqualitätsprobleme auf.

　　2.1 Abweichung von den Maßvorgaben

　　Übermäßige Abweichungen in den Abmessungen sind schwerwiegende Fehler bei Stanzteilen. Dazu muss zunächst die Konstruktion der Werkzeuge überprüft und abgeglichen werden, um Design- und Fertigungsursachen auszuschließen. Wenn die übermäßigen Abweichungen mit der Materialdicke zusammenhängen, sollten die Dicke, das Material sowie die Härte des Stanzmaterials gemessen werden.

　　Größenabweichungen im Stanzprozess entstehen vor allem durch Abnutzung der Werkzeuge, schlechte Positionierungs- und Führungsverhältnisse sowie Verformungen der Werkstücke. Die Abnutzung der Schneidkanten von Werkzeugen führt zu übermäßig großen Graten oder zu einer Vergrößerung der Außenabmessungen, zu kleineren Lochdurchmessern und zu Überschreitungen der Ebenheitswerte; in solchen Fällen sollten die Werkzeuge geschliffen oder ausgetauscht werden. Zu schlechten Positionierungs- und Führungsverhältnissen zählen fehlende Führungselemente, nicht funktionierende Führungsstifte oder andere Positionierungs­vorrichtungen, unzureichend gelöste Zuführmechanismen, abgenutzte Positionierungs­blöcke, die zu lange Zuführlängen verursachen, falsche Längen der Materialführungsschienen oder zu große Materialführungs­spalte. Verformungen der Werkstücke während des Produktionsprozesses beruhen hauptsächlich auf Stoßverformungen – zum Beispiel wenn der Ausblasdruck des Produkts zu hoch ist oder wenn das Werkstück bei einem starken Fall unter der Einwirkung der Schwerkraft stark verformt wird; Verformungen durch Quetschung oder Scheuerung beim Auswerfen müssen durch rechtzeitige Reinigung der Auswurfposition oder durch Vergrößerung des Auswurfraums behoben werden; Verformungen durch unsachgemäßen Auswurf – etwa wenn die Auswurfstifte falsch ausgelegt sind, die Federkraft unangemessen ist oder der Auswurf zu lang erfolgt – erfordern eine Anpassung der Federkraft, eine Änderung der Position oder der Anzahl der Stifte; Verformungen beim Abfallen des Materials. Bei bestimmten Biegeteilen darf sich das Material nicht überlagern; sie müssen jeweils einzeln abgelegt werden. Wenn sich eine tellerförmige Verformung einstellt, kann eine Druckunterlage eingesetzt werden, um diese zu beseitigen; Verformungen durch Stanzen und Schneiden entstehen vor allem durch ungleichmäßige Materialverwindungen, wodurch sich die Abmessungen vergrößern oder die Mittelachse asymmetrisch wird; Verformungen durch Aufschwimmen von Spänen treten auf, wenn sich Abfälle an der Oberfläche des Werkzeugs ansammeln, feine Späne auf der Werkzeugoberfläche zurückbleiben oder Fremdkörper einklemmen und so die Werkstücke verformen.

　　2.2 Unzureichende Oberflächenqualität

　　Die Hauptursache für Oberflächenprobleme bei Stanzteilen sind zu große Grate. Die Ursachen für übermäßig große Grate liegen zunächst in der Abnutzung der Schneidkanten der Werkzeuge; hier sollten die Werkzeuge neu geschliffen werden (siehe nachfolgend), um sicherzustellen, dass die Schneidkanten scharf bleiben. Zweitens kann ein unangemessener Spalt zwischen dem Prägewerkzeug und der Matrize dazu führen, dass bei zu großem Spalt der größte Teil der Seitenfläche als abgeriebene Zone erscheint, während ein zu kleiner Spalt zu einer zweiten Scherfläche führt. Wenn das Material zu hart ist, sollte das Material gewechselt oder der Spalt vergrößert werden. Wenn die Überstandsbreite beim Stanzen zu gering ist oder zu wenig Material zum Schneiden übrig bleibt, wird das Material in den Spalt des Werkzeugs gezogen und bildet einen Grat. In diesem Fall muss die Überstandsbreite beim Stanzen oder der Restmaterialabzug beim Schneiden vergrößert werden.

　　3 Schleifen der Formen

　　Bei der Stanzproduktion sollte die Werkzeugschneide sinnvoll geschliffen werden. Dies kann die Lebensdauer von Stanzwerkzeugen effektiv verlängern, Werkzeugkosten sparen und die Produktkosten erheblich senken.

　　Wenn die Schneidkanten der Stanzwerkzeuge bis zu einem bestimmten Grad abgenutzt sind, werden die ursprünglich scharfen Kanten stumpf, was zu übermäßig großen Gratbildungen an den Stanzteilen sowie zu einer Verringerung der Maß- und Form‑Lagegenauigkeit führt. Daher müssen die Werkzeuge geschliffen werden, um ihre scharfen Stanzschneiden wiederherzustellen. Dadurch lassen sich Stanzgrate sowie Maß- und Form‑Lageabweichungen reduzieren und die Oberflächenqualität der Formteile verbessern. Wird das Werkzeug nicht rechtzeitig geschliffen, kann es durch eine verzögerte Schleifzeit dazu kommen, dass die bereits abgenutzten Schneiden starken Reibungskräften von harten, zu großen und zu dicken Graten ausgesetzt werden, was zu einem teuflischen Kreislauf übermäßiger Abnutzung des Werkzeugs führt. Infolgedessen muss der Schleifabtrag um ein Vielfaches erhöht werden, um die Schneiden wieder scharf zu machen, was die Lebensdauer des Werkzeugs erheblich verkürzt. Sobald die Gratbildung am Werkstück nahezu die zulässige Grat­höhe überschreitet, sollte die Produktion unverzüglich eingestellt und das Werkzeug geschliffen werden. In der praktischen Produktion neigen die Arbeiter vor Ort dazu, die Größe der Werkstückgrate nach Gefühl zu bestimmen und den Zeitpunkt für das Schleifen entsprechend festzulegen – eine Vorgehensweise, die mit erheblichen Messfehlern behaftet ist. Am besten ist es, den Verschleiß der Schneiden sowie den Grad ihrer Abnutzung zu erfassen, indem man die Grat­höhe und -dicke, die Gleichmäßigkeit der Gratverteilung, die Maß- und Form‑Lagegenauigkeit der Stanzteile sowie die Qualität der Stanzflächen messbar erfasst und so den optimalen Schleifzeitpunkt für das Werkzeug bestimmt. #p#Seitentitel#e#

　　Die Schleifmenge der Werkzeuge muss sich nach dem tatsächlichen Verschleiß an der Schnittfläche und den Seitenflächen des Schneidens richten. Darüber hinaus sollten auch relevante Faktoren wie die Materialdicke, die Form- und Strukturgestaltung der Mulde sowie die Reihenfolge der Schleifarbeiten berücksichtigt werden. Nach mehrfachen Schleifarbeiten an der Mulde verändert sich ihre Abmessung – insbesondere bei Stanzwerkzeugen mit einer konisch geformten Muldenöffnung, die oben schmaler und unten breiter ausgeführt ist. Da die Wand der Muldenkante nach außen geneigt ist, führt das Schleifen der Oberfläche des Werkzeugs zwangsläufig zu einer Zunahme der horizontalen Abmessungen. Daher sollte vor dem Schleifen entsprechend dem Konuswinkel gerechnet werden; während des Schleifvorgangs ist auf die tatsächlich gemessenen Abmessungen der Werkstücke zu achten, um zu verhindern, dass durch mehrfache Schleifarbeiten die Abmessungen der Werkstücke übermäßig zunehmen und das Produkt somit die Toleranzgrenzen überschreitet.