Die Selbstkosten eines gestanzten Teils werden nicht an der Presse bestimmt. Sie werden am Reißbrett bestimmt. Wer das zu spät versteht, zahlt den Preis in jedem Zyklus jeder Serie, die danach folgt. Bei großen Stückzahlen zählt jede Sekunde Zykluszeit und jede Werkzeugwartung im Endpreis.

Werkzeugdesign bestimmt die Serienkosten

Ein Stanzwerkzeug ist eine Investition mit einer langen Amortisationszeit. Die anfänglichen Werkzeugkosten sind sichtbar und spürbar. Was weniger sichtbar ist, sind die Kosten, die eine schlecht entworfene Matrize über ihre Lebensdauer generiert: kürzere Verschleißintervalle, ungeplante Stillstände, erhöhter Schrottabfall und Nacharbeiten, die vermeidbar waren. Bei Unternehmen, die sich auf Metallbearbeitung durch Stanzen wird das Werkzeugdesign deshalb immer in Beziehung zu den erwarteten Stückzahlen und den gewünschten Stückkosten bewertet.

Bei einem Folgeverbundwerkzeug für ein Verbinderbauteil aus 0,8 mm Kupferlegierung bestimmen die Anzahl der Schritte im Streifen direkt die Taktzeit und den Materialverbrauch. Ein Entwurf mit zwei Schritten zusätzlich kostet bei einer Serie von fünf Millionen Stück Dutzende zusätzliche Pressstunden. Das sind reale Kosten, die zu Beginn nicht sichtbar sind, aber bei der Nachkalkulation immer auftauchen.

Bei Eurotechniek wird das Werkzeugdesign daher immer in Relation zu den erwarteten Stückzahlen und dem gewünschten Stückpreis bewertet. Diese Relation ist maßgebend, nicht die technische Machbarkeit an sich.

Materialeinsparung durch intelligente Streifenaufteilung

Die Materialkosten bei gestanztem Blech sind bei vielen Projekten der größte Kostenfaktor. Die Streifenaufteilung, auch Nesting oder Bandaufteilung genannt, bestimmt, wie viel Material pro Bauteil verbraucht wird. Eine Verbesserung der Materialausnutzung um wenige Prozentpunkte bringt bei Großserien einen beträchtlichen Betrag ein.

Die Brücke zwischen zwei Produkten im Streifen muss breit genug sein, um den Streifen zu transportieren und zu führen, aber nicht breiter als nötig. Dieselbe Abwägung gilt für den Seitenrand. Ein erfahrener Werkzeugkonstrukteur sucht die Grenze auf, ohne die Prozesssicherheit zu kompromittieren.

Ein konkretes Beispiel: Für einen Befestigungsbügel aus 1,5 mm verzinktem Stahl verbesserte eine Neuanordnung des Streifenaufbaus die Materialausnutzung von 68 auf 79 Prozent. Bei einem Jahresvolumen von 800.000 Stück mit Coilmaterial zu einem bestimmten Preis pro किलोग्राम war das eine direkte, nennenswerte Materialeinsparung, ohne Anpassung an das Endprodukt.

Wartungsintervalle und Werkzeuglebensdauer

Ein gut entworfenes Werkzeug hält länger und erfordert weniger häufige Wartung. Das klingt selbstverständlich, aber in der Praxis werden Werkzeugkonstruktionen zu oft im Hinblick auf die anfängliche Herstellbarkeit statt auf die Gesamtkosten über die Lebensdauer optimiert.

Die Wahl des Werkzeugstahls, die Härte der Schneidkanten, die Ausführung der Stempelführung und die Zugänglichkeit austauschbarer Verschleißteile sind allesamt Designentscheidungen. Sie bestimmen gemeinsam, wie lange ein Werkzeug zwischen zwei Nachschleifvorgängen oder Wartungsintervallen halten kann.

Bei einem Folgeverbundwerkzeug für einen elektrischen Kontakt aus Berylliumkupfer legte das Design modulare Stempelhalter fest. Das machte es möglich, Verschleißteile zu wechseln, ohne das vollständige Werkzeug auszubauen. Die Rüstzeit pro Wartung sank von vier Stunden auf weniger als eine Stunde. Bei einer Wartungsfrequenz von einmal pro 200.000 Huben ist das über eine gesamte Werkzeuglebensdauer von vier Millionen Huben eine Einsparung von zwölf Stunden Pressenlaufzeit.

Automatisierung und integrale Prozessschritte

Ein Stanzwerkzeug, das ausschließlich stanzt, lässt Chancen ungenutzt. In Folgeverbundwerkzeugen ist es möglich, neben dem Stanzen auch Biegeoperationen, das Ziehen von Sicken, das Einprägen von Markierungen und sogar das Einbringen von Einlegeteilen zu integrieren. Jede Bearbeitung, die in der Presse stattfindet, ist eine Nachbearbeitung, die außerhalb der Presse entfällt.

Die Integration von Bearbeitungen erfordert eine präzise Auslegung der Bandspannung, der Schrittfolge und der Positionierung. Das ist komplexer als ein einzelnes Schneidwerkzeug, aber die Einsparung bei Handling, Transport und separaten Bearbeitungsstationen ist bei großen Serien beträchtlich.

Eurotechniek hat für einen Kunden in der Automobilzulieferkette ein Werkzeug entwickelt, das Stanzen, Falten und das Durchsetzen eines Sicherungsnasenprofils in einem einzigen Folgeverbundwerkzeug kombiniert. Der ursprüngliche Produktionsweg erforderte drei separate Bearbeitungsschritte. Diese sind vollständig integriert. Die Taktzeit pro Bauteil sank um 40 Prozent und die Anzahl der Handhabungen pro Serie um mehr als die Hälfte.

Toleranzen und Maßsicherheit über große Stückzahlen

Ein Werkzeug, das bei den ersten tausend Schlägen maßgetreu produziert, danach aber Drift aufweist, ist bei großen Serien ein Problem. Maßsicherheit über die gesamte Werkzeugstandzeit ist ein Designziel, keine Selbstverständlichkeit.

Der Verschleiß von Schneidkanten beeinflusst die Gratbildung und die Maßhaltigkeit der Schneidfläche. Der Verschleiß von Führungselementen beeinflusst die Positionierung des Bandes und damit die Maßgenauigkeit des Endprodukts. Beide Effekte sind vorhersehbar, wenn das Design auf bekannten Verschleißcharakteristika der gewählten Material Kombinationen basiert.

Bei einem Serienprogramm von zwei Millionen Stück pro Jahr für eine Präzisionskomponente in der Medizintechnik wurde die maximal zulässige Maßabweichung über die gesamte Werkzeugstandzeit auf plus oder minus 0,05 mm festgelegt. Dies erforderte eine Konstruktion mit gehärteten Führungen, TiN-beschichteten Stempelkanten und einem festgelegten Schleifplan auf Basis gemessener Verschleißdaten. Das Werkzeug erreichte das geforderte Qualitätsniveau über die gesamte vereinbarte Lebensdauer von acht Millionen Hubbewegungen.

Die Rolle von Simulation und Validierung für die Serienproduktion

Werkzeugkonstruktionen werden heutzutage vor dem Fräsen des ersten Stahls mit FEM-Simulation validiert. Diese Simulation berechnet den Materialfluss, die Spannung in kritischen Zonen und die Rückfederung bei Biegevorgängen. Das reduziert die Anzahl der Tryout-Runden und beschleunigt die Anlaufzeit.

Aber Simulation ersetzt keine Erfahrung. Die Interpretation von Simulationsergebnissen und die Übersetzung in praktische Werkzeuganpassungen erfordert Kenntnisse über das tatsächliche Verhalten von Materialien im Stanzprozess. Eine Simulation, die angibt, dass ein bestimmter Radius machbar ist, muss von jemandem beurteilt werden, der weiß, wie sich dieses Material bei Schwankungen der Coilqualität, der Temperatur und der Pressengeschwindigkeit verhält.

Bei der Validierung eines neuen Werkzeugs für ein Fahrwerksteil aus 2 mm dickem hochfesten Stahl ergab die initiale Simulation einen Rückfederungswert, der sich in der Praxis als 15 Prozent höher erwies. Diese Abweichung war basierend auf praktischen Erfahrungen mit diesem Materialtyp vorhersehbar. Die Werkzeugkorrektur wurde im Voraus eingebracht, was eine vollständige Tryout-Runde einsparte.

Häufig gestellte Fragen zu Stanzwerkzeugen und Kosteneinsparungen

Welchen Einfluss hat das Werkzeugdesign auf die Stückkosten?

Der Einfluss ist groß und nimmt mit dem Volumen zu. Bei kleinen Serien fallen die Werkzeugkosten stark ins Gewicht und der Einfluss des Stückpreises ist begrenzt. Bei großen Serien verschiebt sich das Verhältnis. Dann bestimmen Zykluszeit, Materialausnutzung, Wartungshäufigkeit und die Anzahl der Nachbearbeitungen gemeinsam den tatsächlichen Selbstkostenpreis pro Stück. Ein Werkzeugentwurf, der in all diesen Punkten optimiert ist, kann den Stückpreis im Vergleich zu einem Entwurf, der nur auf Machbarkeit bewertet wurde, um zehn bis dreißig Prozent senken.

Wann lohnt es sich, ein bestehendes Werkzeug neu gestalten zu lassen?

Die Neugestaltung lohnt sich, wenn die verbleibende Lebensdauer des bestehenden Werkzeugs ausreicht, um die Investition wieder einzuspielen, oder wenn das Werkzeug reif für den Ersatz ist. Signale, die eine Neugestaltung rechtfertigen, sind: steigende Ausfallquoten, zunehmende Wartungshäufigkeit, Integration von Nachbearbeitungen, die jetzt noch außerhalb der Presse stattfinden, oder ein signifikanter Volumenanstieg, der die Optimierung wirtschaftlich interessant macht. Eine technische Analyse des bestehenden Werkzeugs gibt Einblick in das, was machbar ist.

Welche Materialien erfordern beim Werkzeugdesign besondere Aufmerksamkeit?

Höherfester Stahl, rostfreier Stahl und Kupfer-Beryllium-Legierungen stellen höhere Anforderungen an Werkzeugstahl, Beschichtungen und Schneidkantengeometrie. Diese Materialien verschleißen Werkzeuge schneller und erfordern eine präzisere Abstimmung des Schneidspiels. Auch dünne Materialien unter 0,3 mm und Werkstoffe mit starker Rückfederung, wie Federstahl, erfordern spezifische Konstruktionsmaßnahmen, um Maßhaltigkeit und Werkzeugstandzeit zu kombinieren.

Das Design bestimmt die Serienkosten

Ein Stanzwerkzeug ist kein Standardartikel. Es ist ein Produktionsmittel, dessen Qualität und Durchdachtheit sich direkt auf jede Serie auswirken, die darauf hergestellt wird. Wer in der Werkzeugphase in ein gut durchdachtes Design investiert, erhält diese Investition durch niedrigere Stückpreise, weniger Stillstand und eine längere Werkzeuglebensdauer zurück.

Kontaktieren Sie Eurotechniek für eine technische Bewertung des Werkzeugdesigns für Ihr nächstes Serienprogramm.