Werkstoffe für die Metallstanzung: Wie wählt man den richtigen Werkstoff aus?

Durch Metallstanzen lassen sich vielfältige Blechbauteile mit hoher Wiederholgenauigkeit herstellen. Je nach Anwendungsanforderungen reichen die Werkstoffe von weichem Aluminium bis zu hartem Titan. Die Auswahl des richtigen Materials für Ihr Projekt erfordert jedoch ein umfassendes Verständnis der Materialeigenschaften, Kosten und Anwendungspräferenzen.

Dieser Artikel behandelt acht gängige Metallstanzwerkstoffe, wichtige Faktoren bei der Materialauswahl, Beschichtungs- und Plattierungsoptionen für Stanzteile sowie Arten von Präzisionsstanzstählen.

Warum ist die Wahl des richtigen Stanzmaterials wichtig?

Die Wahl des geeigneten Stanzmaterials ist entscheidend, nicht nur um die Anforderungen des Endprodukts zu erfüllen, sondern auch um den Stanzprozess selbst zu steuern. Variablen wie Blechdicke, Biegespannung und Stanzkraft werden allesamt vom Materialtyp beeinflusst.

Die Materialwahl beeinflusst auch die Gestaltungsfreiheit, die Oberflächenbeschaffenheit, die Prozesseffizienz und die gesamten Produktionskosten. Daher ist die Wahl des richtigen Materials für die Blechumformung entscheidend für optimale Leistung und Wirtschaftlichkeit.

Gängige Metallstanzmaterialien

Aluminiumblech

Aluminium ist ein Nichteisenmetall, das für sein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bekannt ist. Dieses silberweiße Material bietet hervorragende Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete Tiefzieheigenschaften. Das Stanzen von Aluminium erfordert keine komplexen Vorrichtungen; tatsächlich kann eine einfache Folgeverbundpresse komplexe Teile aus Aluminiumblech herstellen.

Zu den am häufigsten verwendeten Legierungen für Stanzarbeiten gehören die Legierungen der 1100er-Serie sowie Sorten wie 3003, 5052, 5005, 6063, 5083 und 6061.

Reinaluminium (1100) ist für seine ausgezeichnete Duktilität bekannt und wird häufig für Tiefziehteile verwendet. Aluminium 5052 bietet ein gutes Verhältnis von Festigkeit und Stanzbarkeit, während Aluminium 6061 wärmebehandelbar und besser für gestanzte Strukturbauteile geeignet ist.

Kupfer

Kupfer ist ein duktiles Metall mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und antibakteriellen Eigenschaften, das sich durch seinen rötlichen Glanz auszeichnet. An der Luft bildet Kupfer eine schützende Patina, die das darunterliegende Material abschirmt.

Kupfer wird häufig mit Zink, Nickel oder anderen Elementen legiert, um Festigkeit und Leistungsfähigkeit zu verbessern, beispielsweise mit Berylliumkupfer (C17200) und Phosphorbronze (C51900). Reine Kupfersorten wie C101 und C110 eignen sich jedoch ebenfalls zum Stanzen.

Das Kupferstanzen findet breite Anwendung bei der Herstellung von Stromschienen, verlustarmen Leitern und verschiedenen Komponenten für industrielle Anlagen.

Edelstahl

Edelstahl ist eine der beliebtesten Stahlsorten und enthält mindestens 10,5 % Chrom, 8–10 % Nickel sowie geringe Mengen (0,02 % bis 1,2 %) anderer Legierungselemente wie Molybdän und Mangan.

Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit, ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, ansprechenden Oberflächenbeschaffenheit und magnetischen Eigenschaften wird es zum Stanzen verwendet. Gängige Edelstahlsorten für das Stanzen sind beispielsweise 301, 302, 305, 316, 321, 410, 420, 440A, A286, 17-4 PH, 17-7 PH und AM350.

Die Stähle der 300er-Serie sind austenitische Stähle mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit und Duktilität, weisen jedoch relativ hohe Kaltverfestigungsraten auf. Die Stähle der 400er-Serie sind ferritische Stähle, die dennoch eine gute Umformbarkeit bieten und sich zum Stanzen eignen.

Typische Anwendungen für Stanzteile aus Edelstahl sind Automobilhalterungen, Küchenspülen, elektronische Abschirmabdeckungen, Komponenten für die Lebensmittelverarbeitung und Gerätepaneele.

kohlenstoffarmer Stahl

Niedrigkohlenstoffstahl enthält etwa 0,05 % bis 0,3 % Kohlenstoff sowie Mangan, Phosphor und Silizium. Der geringe Kohlenstoffgehalt verbessert die Festigkeit bei gleichzeitig guter Umformbarkeit.

Niedriggekohlte Stähle bieten daher gute Schweißbarkeit, Duktilität, Zugfestigkeit und Wirtschaftlichkeit. Obwohl sie anfällig für Korrosion und Verschleiß sind, lässt sich die Oberflächenhärte durch Aufkohlen oder andere Behandlungen verbessern. Gängige niedriggekohlte Stahlsorten für Stanzarbeiten sind beispielsweise 1018, 1008 und 1010.

Messing

Messing ist eine Legierung aus Kupfer und Zink und bekannt für seine elektrische Leitfähigkeit, Festigkeit, sein ansprechendes Aussehen, seine Korrosionsbeständigkeit und seine antibakteriellen Eigenschaften. Es vereint die Vorteile von Kupfer und Zink mit geringen Zusätzen anderer Elemente.

Dank seiner hervorragenden Duktilität lässt sich Messing zu komplexen Biegungen, gekrümmten Oberflächen und engen Radien stanzen. Geeignete Messingsorten sind unter anderem C26000, C26800, C27200, C27000 und C36000.

Stanzteile aus Messing finden breite Anwendung in der Medizintechnik, bei elektrischen Bauteilen, architektonischen Elementen und dekorativen Beschlägen.

Bronze

Bronze ist hauptsächlich eine Legierung aus Kupfer mit Zusätzen von Zinn, Zink, Aluminium und Phosphor. Im Vergleich zu reinem Kupfer bietet sie eine höhere Steifigkeit, bessere Verschleißfestigkeit, überlegene Korrosionsbeständigkeit und größere Vielseitigkeit bei Stanzanwendungen.

Unter den verschiedenen Bronzesorten, die sich für die Metallstanzung eignen, ist Phosphorbronze aufgrund ihrer hohen Dauerfestigkeit, guten Umformbarkeit und Vielseitigkeit besonders beliebt. Typische Anwendungsbereiche für gestanzte Bronzeteile sind Zierteile, Buchsengehäuse, Unterlegscheiben, Distanzstücke und elektrische Steckverbinder.

Titan

Durch Stanzen von Titanlegierungen entstehen robuste und leichte Bauteile für Branchen wie die Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie die Schifffahrtsindustrie. Titanlegierungen bieten hervorragende Eigenschaften wie ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hohe Steifigkeit und überlegene Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen. Gängige Stanzlegierungen sind Güteklasse 1, Güteklasse 2, Güteklasse 4, Güteklasse 9 und Güteklasse 5 (Ti-6Al-4V).

Obwohl Titan relativ schlecht umformbar ist, lassen sich dennoch komplexe Formen mit Werkzeugstahl- oder Hartmetallformen und hohem Umformdruck erzielen.

Inconel (Nickel-Chrom-Legierungen)

Inconel-Legierungen bestehen hauptsächlich aus Nickel und Chrom sowie geringeren Anteilen an Molybdän, Aluminium und Titan. Sie werden oft als Superlegierungen bezeichnet und behalten ihre Festigkeit und Stabilität auch unter extremem Druck und hohen Temperaturen.

Das Stanzen von Inconel erfordert Spezialwerkzeuge und hohe Umformkräfte. Um die Zähigkeit des Materials zu überwinden, wird häufig Warmumformung eingesetzt.

Zu den bemerkenswerten Anwendungsgebieten von Inconel-Stanzteilen zählen Flugzeughalterungen, Hitzeschilde, Abgasanlagen, Kraftwerkskomponenten und Hochleistungs-Automobilteile.

Abschluss

Die Wahl eines ungeeigneten Materials kann die Funktion und Leistung von Stanzteilen unmittelbar beeinträchtigen. Sie kann sich auch negativ auf den Stanzprozess selbst auswirken und das Risiko von Materialrissen erhöhen. Daher ist die sorgfältige Materialauswahl ein entscheidender Schritt zur Sicherstellung von Produktqualität, Herstellbarkeit und Langzeitleistung.