Als ich anfing, meine Stanzerei für progressive Metalle zu betreiben, dachte ich, Stempelabnutzung gehöre einfach zum Job – etwas, mit dem jeder Stanzer zu kämpfen hat, wie eine Winterkälte oder eine Maschine, die nie ganz rund läuft. Dann haben wir einen Auftrag für großvolumige Automobile übernommenMetallstanzteils, und unsere Würfelstarts schlugen bei der Hälfte der erwarteten Laufgeschwindigkeit fehl. Plötzlich wurde dieser „normale“ Verschleiß zu einem 12.000-Dollar-Problem: Ausfallzeiten, überstürztes Nachschleifen und ein Kunde, der beinahe auf einen einjährigen Auftrag verzichtet hätte. Das war der Zeitpunkt, an dem ich aufhörte, den Werkzeugverschleiß als eine Selbstverständlichkeit zu betrachten, und begann, ihn als ein lösbares technisches Rätsel zu betrachten. Wenn Sie ein progressiver Stanzlieferant sind (wie ich) oder ein Hersteller, der sich darauf verlässtProgressives MetallstanzenBei großvolumigen Teilen mit engen Toleranzen ist dies nicht nur ein technisches Detail, sondern der Unterschied zwischen der Einhaltung Ihrer Produktionsquoten und dem Verlust gewinnbringender Arbeit. Hier ist, was ich durch Versuch und Irrtum gelernt habe, wie man die Verschleißfestigkeit von Werkzeugen Schritt für Schritt erhöht.
Das erste, was ich nicht mehr kaufte, war billiger Werkzeugstahl. Anfangs habe ich mich für den niedrigsten Preis pro Pfund entschieden, weil ich dachte, dass alle D2- oder S7-Werkzeugstähle gleich sind – falsch. Nicht jeder Werkzeugstahl wird gleich wärmebehandelt, und dieser kleine Unterschied wirkt sich massiv auf den Verschleiß aus. Lassen Sie mich das aufschlüsseln: D2 ist ein Werkzeugstahl mit hohem Kohlenstoff- und Chromgehalt, der sich hervorragend für die Verschleißfestigkeit eignet, aber nur, wenn Sie ihn im richtigen Rockwell C-Bereich (HRC) härten – normalerweise 58 bis 62, je nach Anwendung. Wenn Ihr Wärmebehandler den Prozess beschleunigt und nur HRC 55 erreicht, verschleißt die Matrize 30 % schneller und einfacher. Letztes Jahr sind wir zu einem örtlichen Wärmebehandler gewechselt, der auf Stanzformen spezialisiert ist, und haben einen Vorbehandlungsschritt hinzugefügt: kryogenes Einfrieren nach dem Anlassen, das Restaustenit (eine weiche, instabile Phase im Stahl) herauszieht, das vorzeitigen Verschleiß verursacht. Wir spezifizieren jetzt auch Werkzeugstahl mit einer feineren Kornstruktur – kleinere Karbide in der Stahlmatrix bedeuten im Laufe der Zeit weniger Absplitterungen und Abrieb. Ich habe gesehen, dass andere Werkstätten dies übersprungen haben und ihre Matrizen alle 100.000 Teile nachgeschliffen werden müssen. Mit unseren D2-Matrizensätzen verarbeiten wir jetzt mehr als 250.000 Teile vor dem ersten Schleifen, was unsere Wartungskosten für die Matrizen in sechs Monaten um 40 % senkt.
Als nächstes haben wir unser Rohlingsdesign und die Materialhandhabung für die von uns gestanzten Teile angepasst. Viele Stanzer glauben, dass der Verschleiß der Matrize nur auf die Werkzeuge zurückzuführen ist, aber das Arbeitsmaterial selbst ist ein wichtiger Faktor. Wenn Sie hochfesten niedriglegierten Stahl (HSLA), Edelstahl oder sogar Messing mit starker Oberflächenbeschichtung stanzen, sind diese Materialien abrasiver als standardmäßiger kaltgewalzter Stahl (CRS). Letztes Jahr haben wir damit begonnen, die Oberflächenbeschaffenheit der Materialien bei jedem neuen Produkt zu testenHardware-StanzenoderGepresstes TeilBei diesem Auftrag wurden abrasive Materialien verwendet: Wir probierten das Material, führten einen Verschleißtest an einer kleinen Prototyp-Matrize durch und passten das Design unseres Rohlings an, um die Reibung am Kontaktpunkt zu verringern. Als wir zum Beispiel damit begannen, verzinkte Stahlhalterungen für einen Kunden aus dem Baugewerbe zu stanzen, klebte die Zinkbeschichtung am Stempel der Matrize, fressen ab und verursachte Mikroverschleiß. Wir haben dieses Problem behoben, indem wir dem Stempeleintrittspunkt einen leichten Radius hinzugefügt haben – anstatt dass sich eine scharfe Kante in die Beschichtung eingräbt, gleitet der Rohling über den Radius. Wir haben auch von der manuellen Materialzuführung auf eine servogesteuerte Rollenzuführung umgestellt, die stets gleichmäßige, flache Zuschnitte liefert; Unebene Rohlinge reiben bei jedem Hub an den Hohlraumkanten der Matrize, was zu unnötigem Verschleiß führt, den kein Werkzeugstahl beheben kann. Einen Trick, den ich von einem erfahrenen Stampfer auf einer Messe gelernt habe: Testen Sie immer Material mit der gleichen Dicke und Oberfläche wie Ihr Produktionsauftrag, nicht ein Muster aus einer anderen Charge. Ein etwas dickerer Rohling erhöht den Matrizendruck um 15 % oder mehr, was mit der Zeit zu einem schnelleren Verschleiß führt.
Bei der Oberflächenbehandlung haben wir auf lange Sicht die größten Fortschritte erzielt, und das ist der Schritt, den wir jahrelang versäumt haben. Früher haben wir die Matrizen nur geölt und es „Schmierung“ genannt, aber das ist eine Oberflächenbehandlung für Anfänger. Jetzt verwenden wir je nach Anwendung einen mehrschichtigen Ansatz. Für die meisten unserer Folgeverbundwerkzeuge führen wir nach der Bearbeitung und Wärmebehandlung des Werkzeugs eine PVD-Beschichtung (Physical Vapour Deposition) mit Titannitrid (TiN) oder diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) durch. TiN ist günstig, hat eine Härte von etwa 2.500 HV und eignet sich hervorragend für Materialien mit geringem Abrieb wie CRS oder Aluminium. DLC ist härter (bis zu 4.000 HV) und hat eine geringe Reibung, was weniger Hitze und weniger Abrieb beim Stanzen von abrasiven Materialien wie Edelstahl bedeutet. Wir begannen mit der Verwendung von DLC, als wir uns der Automobilbranche widmetenMetallstanzteilReihenfolge, die ich zuvor erwähnt habe, und diese einzige Änderung verdoppelte die Lebensdauer des Würfels. Aber wir haben auch gelernt, dass das Beschichten allein nicht ausreicht: Vor dem Beschichten muss die Oberfläche des Werkzeugs bearbeitet werden. Eine Matrize mit Werkzeugspuren oder einer Rauheit von Ra 0,8 hält mehr Schmutz fest, zerkratzt die Beschichtung und führt zu Verschleiß. Jetzt führen wir vor der PVD-Beschichtung eine Mikropolitur aller Matrizenkontaktflächen durch, um die Rauheit auf Ra 0,2 oder weniger zu senken. Der Unterschied ist Tag und Nacht – unsere beschichteten Matrizen haben jetzt eine glatte, antihaftbeschichtete Oberfläche, die auch nach Hunderttausenden Hüben nicht festfressen kann. Für stark beanspruchte Bereiche wie Matrizenecken oder Stempelspitzen tragen wir durch thermisches Sprühschweißen auch eine Wolframcarbid-Auflage auf, die dort, wo es am wichtigsten ist, eine zusätzliche Härteschicht hinzufügt. Eine solche gezielte Oberflächenbehandlung erspart Ihnen den vorzeitigen Austausch ganzer Matrizensätze.
Die Anpassungen des Matrizenabstands und des Hubs sind gering, aber viele fortschrittliche Stampfer machen hier Abstriche. Wenn Ihre Matrize zu wenig Spiel zwischen Stempel und Matrizenhohlraum hat, komprimieren Sie das Material zu stark, wodurch übermäßige Reibung und Hitze entstehen, die das Werkzeug verschleißen. Wenn es zu viel ist, entstehen Grate, die das Material dazu zwingen, an den Matrizenseiten zu reiben, was zu Kantenverschleiß führt. Bei Folgeverbundwerkzeugen hängt das Spiel von der Materialart und -stärke ab: Als Faustregel verwenden wir für saubere Schnitte 8–10 % der Materialstärke, bei hochfesten Materialien (10–12 %) oder Materialien mit Hartbeschichtungen passen wir diesen Wert an. Wir haben außerdem damit begonnen, alle 50.000 Teile die Ausrichtung des Werkzeughubs zu überwachen. Im Laufe der Zeit kann eine Durchbiegung der Presse die Ausrichtung der Matrize verschieben, sodass der Stempel nicht perfekt in der Kavität zentriert ist. Dies führt zu ungleichmäßigem Verschleiß – eine Seite des Stempels nutzt sich schneller ab als die andere – und schließlich beginnt die Matrize, Teile mit Graten oder Maßfehlern zu produzieren. Wir verwenden jetzt eine Messuhr, um die Ausrichtung während der routinemäßigen Wartung zu überprüfen, und stellen die Leisten der Presse alle 100.000 Hübe ein. Noch etwas: Wir haben die Art und Weise geändert, wie wir die Höhe der Matrize anpassen. Anstatt die Matrize beim Einrichten einmal einzustellen und dann zu vergessen, nehmen wir jedes Mal, wenn wir eine Materialcharge ändern, eine kleine Anpassung vor (normalerweise 0,001 Zoll). Eine engere Matrizenhöhe für weicheres Material verringert das Gefälle, während eine etwas geringere Höhe für hartes Material übermäßigen Druck verhindert. Diese kleinen Anpassungen führen laut den Daten meiner Werkstatt zu einer um 20 % längeren Matrizenlebensdauer.
Vorausschauende Wartung, nicht reaktive Korrekturen, ist das letzte Puzzleteil. Viele von uns bemerken Werkzeugverschleiß erst, wenn die Teile schlecht aussehen – Grate, Kratzer auf der Oberfläche oder Maßverschiebungen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Matrize bereits 5-10 % ihrer Härte verloren und Sie sind bereits in der Produktion im Rückstand. Wir verfolgen jetzt zwei Dinge auf jedem Stanzsatz: die Anzahl der Durchläufe und die Teileinspektionsdaten. Jedes Mal, wenn wir eine Matrize laufen lassen, protokollieren wir, wie viele Teile sie produziert hat, und prüfen 10–15 Teile auf Grathöhe, Maßhaltigkeit und Oberflächengüte. Wenn wir einen geringfügigen Anstieg der Grathöhe feststellen (von 0,0005 Zoll auf 0,001 Zoll), planen wir einen Teilschliff oder eine Ausbesserung, bevor es zu einem vollständigen Austausch der Matrize kommt. Wir verwenden außerdem einen tragbaren Werkzeughärteprüfer, um alle 50.000 Teile die Härte kritischer Oberflächen zu überprüfen. Wenn die Härte für D2-Stahl unter HRC 57 fällt, planen wir eine erneute Wärmebehandlung und Politur und warten nicht, bis die Matrize zu stark abgenutzt ist, um sie zu reparieren. Im letzten Quartal ist uns ein Matrizensatz aufgefallen, der an der Kante des Matrizenhohlraums an Härte zu verlieren begann. Wir haben ihn für 800 US-Dollar ausgebessert, anstatt ihn für 5.000 US-Dollar zu ersetzen. Dies ist die Art von proaktivem Ansatz, der den Werkzeugverschleiß von einer kostspieligen Überraschung in einen geplanten, kostengünstigen Wartungsschritt verwandelt.
Ich weiß, dass einige Stampfer dies lesen und sagen werden: „Das ist zu teuer – warum sollte ich in Kryobehandlung, DLC-Beschichtung und vorausschauende Wartung investieren?“ Lassen Sie mich die Rechnung für Sie übernehmen: Ein neuer Satz progressiver Stanzen kostet je nach Komplexität 4.000 bis 15.000 US-Dollar. Wenn Ihre Matrize 100.000 Teile verarbeitet, bevor sie ausgetauscht werden muss, betragen die Matrizenkosten 0,04 bis 0,15 US-Dollar pro Teil. Wenn Sie 1.500 US-Dollar in die Wärmebehandlung von Werkzeugstahl, die DLC-Beschichtung und eine Mikropolitur investieren und mit derselben Matrize 250.000 Teile verarbeitet werden, sinken Ihre Matrizenkosten auf 0,016 bis 0,06 US-Dollar pro Teil. Das ist eine direkte Kosteneinsparung, die sich bei einer Bestellung von 1 Million Teilen auf Tausende von Dollar summiert. Außerdem vermeiden Sie Ausfallzeiten: Wenn eine Matrize abgenutzt ist, stehen Sie vier bis acht Stunden lang still und müssen auf einen Ersatz oder eine Reparatur warten. Beim Stanzen großer Stückzahlen gehen Hunderte von Teilen pro Stunde verloren, was Lieferfristen versäumt und unzufriedene Kunden zur Folge hat.
Letztendlich geht es bei der Verbesserung der Werkzeugverschleißfestigkeit nicht um einen großen „Trick“, sondern um kleine, konsistente Änderungen im gesamten Prozess, von der Auswahl des Werkzeugstahls bis zur Wartung. Wenn Sie verwendenProgressives MetallstanzenFür Ihre Teile sind Ihre Werkzeugsätze Ihr wertvollstes Gut, und wenn Sie sie pflegen, wird Ihr Betrieb profitabler und zuverlässiger.
Wenn Sie auf der Suche nach einem fortschrittlichen Stanzpartner sind, bei dem die Langlebigkeit der Stanzform im Vordergrund steht, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleistenMetallstanzteil,Hardware-Stanzen, oderGepresstes TeilProduktion, wir sind hier, um zu helfen. Kontaktieren Sie uns, um Ihre Projektanforderungen zu besprechen und zu erfahren, wie wir eine lange Werkzeuglebensdauer und Kosteneffizienz optimieren können.
Referenzen:
- Astakhov, Vizepräsident (2006). Tribologie der Metallzerspanung. Sonst.
- DeGarmo, EP, Black, JT, & Kohser, RA (2011). Materialien und Prozesse in der Fertigung (11. Aufl.). John Wiley & Söhne.
- Shaw, MC (1996). Prinzipien der Metallzerspanung (2. Aufl.). Oxford University Press.
- Tschätsch, H. & Dietrich, J. (2012). Angewandte Tribologie: Prinzipien und Praxis (2. Aufl.). Springer.