In der Verbindungselementindustrie spielen Stanzwerkzeuge eine entscheidende Rolle bei der Formgebung und Umformung von Metallkomponenten wie Bolzen, Schrauben, Stehbolzen und Muttern. Diese präzisionsgefertigten Werkzeuge sind Teil des Kalt- oder Warmumformungsprozesses und entscheidend für die gewünschte Geometrie, mechanische Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit von Verbindungselementen. Nachfolgend finden Sie einen umfassenden Überblick über Funktion, Typen und Bedeutung von Stanzwerkzeugen in der Verbindungselementproduktion.
1. Definition und Funktion von Stanzmatrizen
Stanzmatrizen sind Präzisionswerkzeuge, die in Verbindung mit Matrizen (zusammenfassend als Werkzeug bezeichnet) verwendet werden, um Metallrohlinge in bestimmte Formen zu verformen. Bei der Herstellung von Verbindungselementen, insbesondere bei Kaltstanz- und Kaltumformprozessen, wird das Metall mithilfe einer Stanzmatrize in eine Matrizenhöhle geschlagen bzw. gedrückt. Die resultierende Verformung erzeugt die Grundform eines Verbindungselements ohne Materialabtrag, was die Materialeffizienz und Festigkeit verbessert.
Der Stempel ist die männliche Komponente, die Kraft ausübt, während die Matrize das weibliche Gegenstück ist, das den Rohling an Ort und Stelle hält und das unter Druck fließende Material formt. Gemeinsam führen sie verschiedene Umformungsvorgänge wie Stauchen, Extrudieren, Lochen und Beschneiden durch.
2. Rolle der Stanzmatrizen in den Herstellungsphasen von Befestigungselementen
Kaltstauchprozess
Im Kaltstauchen Bei der Herstellung von Bolzen und Schrauben wird der Metalldraht oder -stab auf die gewünschte Länge zugeschnitten (Rohling genannt) und anschließend in eine Matrizenform eingesetzt. Ein Stempel schlägt dann auf den Rohling, wodurch das Metall stauchen und sich der Form der Matrize anpassen kann. Dieses Verfahren wird typischerweise verwendet, um den Kopf eines Bolzens oder einer Schraube zu formen.
Erster Schlag (Hauptschlag): Wird verwendet, um die ursprüngliche Form zu bilden, häufig den Kopf des Befestigungselements.
Trimmstempel: Wird verwendet, um überschüssiges Material zu entfernen, um Maßtoleranzen einzuhalten.
Extrusionsstempel: Wird zum Erzeugen von Gewinden oder Rillen durch kontrollierten Metallfluss verwendet.
Mehrstationen-Formung
In Folgeformmaschinen führen mehrere Stempel- und Matrizenstationen nacheinander Bearbeitungen am Rohling durch. Jede Stempel- und Matrizenreihe trägt dazu bei, schrittweise komplexe Verbindungselemente mit Merkmalen wie Rändelungen, Hinterschnitten oder Keilwellenverzahnungen zu formen.
3. Werkstoffe und Beschichtung der Stanzmatrizen
Aufgrund der enormen Belastung und Reibung werden Stanzmatrizen üblicherweise aus Schnellarbeitsstahl (HSS), Hartmetall oder pulvermetallurgischen Werkstoffen wie SKH-9, SKD61 oder ASP23 hergestellt. Diese Werkstoffe bieten hervorragende Verschleißfestigkeit, Härte und Zähigkeit.
Um die Lebensdauer und Leistung zu verbessern, werden Stanzmatrizen häufig mit Oberflächenbeschichtungen behandelt, wie zum Beispiel:
TiN (Titannitrid)
TiCN (Titancarbonitrid)
AlCrN (Aluminium-Chrom-Nitrid)
Diese Beschichtungen verringern die Reibung, verbessern die Verschleißfestigkeit und verhindern ein Festfressen oder Festkleben bei Hochgeschwindigkeitsvorgängen.
4. Bedeutung für Produktqualität und Produktionseffizienz
Die Genauigkeit und Haltbarkeit von Stanzmatrizen wirken sich direkt auf die Maßgenauigkeit, die mechanische Integrität und die Oberflächenbeschaffenheit von Verbindungselementen aus. Schlechte Qualität oder abgenutzte Stanzmatrizen können zu Defekten wie Rissen, ungleichmäßigen Kopfformen oder Fehlausrichtungen führen, was zu Produktausschuss und kostspieligen Ausfallzeiten führt.
Darüber hinaus ermöglichen Präzisionsstanzmatrizen eine Hochgeschwindigkeitsproduktion mit minimalem Materialabfall, was für die Erfüllung der Großseriennachfrage in der Automobil-, Bau- und Luft- und Raumfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung ist.
5. Anpassung und Wartung
Moderne Stanzmatrizen werden häufig individuell auf Grundlage spezifischer Befestigungsspezifikationen wie Durchmesser, Länge, Kopftyp (Sechskant, Rundkopf, Innensechskant usw.) und Anwendungsanforderungen entwickelt. Computergestützte Konstruktion (CAD) und Simulationstools werden häufig eingesetzt, um die Matrizengeometrie zu optimieren und die Umformbarkeit sicherzustellen.
Regelmäßige Wartung und Nachschleifen der Stanzmatrizen sind unerlässlich, um die Werkzeuglebensdauer zu verlängern und eine gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten. Einige Betriebe nutzen automatisierte Systeme zur Verschleißüberwachung und planen den Werkzeugaustausch proaktiv.
Abschluss
Stanzmatrizen sind unverzichtbar im Produktionsprozess von Verbindungselementen und ermöglichen die effiziente, präzise und kostengünstige Herstellung von Bolzen, Schrauben, Stehbolzen und Muttern. Durch die Auswahl geeigneter Materialien, Designs und Beschichtungen sowie durch ordnungsgemäße Wartung können Hersteller einen hohen Produktionsdurchsatz erzielen und gleichzeitig strenge Qualitätsstandards einhalten. Da Verbindungselemente immer komplexer werden, spielen präzisionsgefertigte Stanzwerkzeuge auch weiterhin eine zentrale Rolle für den Branchenerfolg.