Beim Stanzprozess mit fortschrittlichen Werkzeugen werden mehrere Schlüsselschritte wie Stanzen, Biegen und Prägen alle innerhalb eines automatisierten Systems zusammengefasst. Das Material bewegt sich kontinuierlich durch verschiedene Stationen innerhalb dieses einzigen Werkzeugsatzes und führt bei jedem Hub unterschiedliche Aufgaben aus. Es ist nicht mehr erforderlich, dass Arbeiter die Teile von Station zu Station transportieren – dadurch können Fabriken über 1.200 Teile pro Stunde herstellen. Das ist wirklich beeindruckend! Dank präziser Führungselemente und hochgenauer Werkzeuge halten Hersteller die Toleranzen auf etwa ± 0,003 Zoll (± 0,076 mm). Sensoren überwachen zudem den gesamten Prozess in Echtzeit und erkennen Probleme, bevor sie sich verschlimmern. Weniger Handhabung verhindert außerdem lästige Verformungen bei empfindlichen Materialien wie Kupfer- oder Aluminiumblechen. Zudem verkürzt der schnelle Austausch von Werkzeugteilen die Rüstzeiten nahezu vollständig. Kein Wunder also, dass sich so viele Unternehmen für fortschrittliche Werkzeugsysteme entscheiden, wenn große Stückzahlen – typischerweise ab etwa 150.000 Einheiten pro Jahr – gefordert sind.
Ein führender Hersteller von Automobilkomponenten wechselte bei der Fertigung von Motorlagerhalterungen von der traditionellen Einzelstufenfertigung zu fortschrittlichen Stanzwerkzeugen. Durch die Konsolidierung von ehemals sieben separaten Arbeitsgängen in einen nahtlosen Prozess veränderte das Unternehmen die Herstellung dieser Komponenten vollständig. Die Produktionszykluszeiten sanken drastisch – laut Aufzeichnungen der Fertigungshalle von rund 11,5 Sekunden auf knapp unter eine Sekunde pro Halterung. Die Fabrik produziert nun jährlich etwa 640.000 Einheiten, ohne dabei die dimensionsgenaue Konsistenz innerhalb der gesamten Charge einzubüßen. Eine intelligente Neuanordnung der Metallzuschnitte innerhalb der fortschrittlichen Stanzwerkzeuge reduzierte den Materialabfall um nahezu 18 Prozent. Diese Verbesserungen wirkten sich jedoch nicht nur auf dem Papier positiv aus: Bei den derzeitigen Produktionsmengen spart das Unternehmen jährlich rund 2,3 Millionen US-Dollar in mehreren Kostenstellen ein – darunter Löhne, Stromrechnungen und Entsorgungskosten für Ausschuss.
Stufenwerkzeuge zum Stanzen eignen sich am besten, wenn Hersteller Flexibilität benötigen, schnell iterieren möchten oder über begrenzte Budgets für Vorabinvestitionen verfügen. Bei diesem Verfahren führt jeder Pressenhub nur eine einzige Operation aus, sodass Ingenieure bestimmte Werkzeugkomponenten anpassen können, ohne ganze Systeme auseinandernehmen zu müssen. Dies ist insbesondere in der Prototypenentwicklungsphase sinnvoll oder wenn Designs auf Grundlage von Feedback verfeinert werden. Die Rüstzeiten sinken im Vergleich zu herkömmlichen fortschreitenden Werkzeugen drastisch – bei komplizierten Formen mit einer Größe von über 150 mm können sie sich beispielsweise um bis zu 70 % verkürzen. Die Werkzeugkosten liegen typischerweise zwischen 3.000 und 25.000 USD, was deutlich günstiger ist als die Kosten für fortschreitende Alternativen. Bei kleineren Serien mit einer jährlichen Produktionsmenge von unter etwa 150.000 Stück amortisiert sich dieser Ansatz finanziell schneller, ohne dabei die üblichen Qualitätsanforderungen zu beeinträchtigen. Viele Fertigungsbetriebe setzen Stufenwerkzeuge ein, wenn sie vom Prototypenstadium zur Serienfertigung übergehen oder bei Sonderaufträgen, die nur selten anfallen. Sie eignen sich zudem hervorragend für die Herstellung asymmetrischer Teile, die mit den geradlinigen Zuführsystemen der fortschreitenden Stanztechnik schlecht zu bearbeiten wären. Obwohl die Fertigung jedes Einzelteils länger dauert als bei anderen Verfahren, halten die meisten Hersteller den Kompromiss für lohnenswert, da sich die einzelnen Operationen leichter anpassen lassen und die Anfangsinvestitionen für mittlere Produktionsmengen überschaubar bleiben.
Das Preisschild für Progressivwerkzeuge liegt üblicherweise zwischen 25.000 und 120.000 US-Dollar, da diese Werkzeuge komplizierte Mehrstationen-Aufbauten besitzen. Stufenwerkzeuge hingegen kosten in der Regel zwischen 3.000 und 25.000 US-Dollar, da sie aus einfacheren, modularen Komponenten bestehen. Es gibt einen optimalen Bereich bei einer jährlichen Produktionsmenge von rund 150.000 Einheiten, ab dem sich Progressivsysteme finanziell lohnen – trotz der zunächst höheren Investitionskosten. Sobald die Produktion diesen Schwellenwert übersteigt, erzielen Hersteller Einsparungen von über 30 % pro Teil dank kürzerer Zykluszeiten, geringerem Personalbedarf und weniger Materialverschnitt. Für jährliche Mengen unter 150.000 Teilen bleibt Stufenwerkzeug jedoch meist die klügere Wahl, da die anfängliche Investition geringer ausfällt und sich das Werkzeug bei sich ändernden Anforderungen leichter anpassen lässt.
Hersteller sollten drei zentrale Variablen modellieren: die prognostizierte jährliche Nachfrage, die Abschreibungspläne für Werkzeuge sowie die Betriebskosten – einschließlich Materialverschnitt, Arbeitszeit pro Operation und Wartungskosten. Zum Beispiel:
Die Genauigkeit der Prognose ist entscheidend: Eine Unterschätzung der Nachfrage birgt das Risiko eines vorzeitigen Werkzeugwechsels, wobei die Kosten für das Umrüsten oft 80.000 USD übersteigen.
Das Stanzverfahren mit fortschreitender Werkzeugführung bietet eine sehr gute Präzision bei der Herstellung kleiner, symmetrischer Teile mit engen Toleranzen von ±0,003 Zoll. Diese Genauigkeit ist besonders wichtig für elektronische Steckverbinder, Gehäuseeinheiten für medizinische Geräte sowie verschiedene hochpräzise Verbindungselemente, die in der Fertigung eingesetzt werden. Das schrittweise Vorgehen mit nur einem Durchlauf durch die Maschine reduziert Handhabungsfehler und gewährleistet selbst bei der Serienfertigung von mehreren Tausend Teilen eine konstante Qualität. Fabriken berichten, dass sich die Ausschussrate beim Wechsel von manuellen Verfahren oder Einzelstufenprozessen zu dieser Methode um rund 30 % verringert. Für Unternehmen, die große Mengen identischer Teile mit einer Größe unter 150 Millimetern produzieren, ist die Einhaltung exakter Abmessungen entscheidend für die spätere Funktionsfähigkeit der Endmontagen auf den Produktionslinien.
Bei der Verarbeitung von Teilen, die größer als 150 mm sind, oder bei solchen mit ungewöhnlichen Formen, asymmetrischen Designs oder sich während der Produktion ändernden Spezifikationen, eignet sich in der Regel das Stufenwerkzeug (Stage Tooling) besser als andere Verfahren. Die Probleme mit fortschreitenden Werkzeugen (Progressive Dies) treten deutlich zutage, wenn solche Teile verarbeitet werden, da das Material nicht gleichmäßig über die Werkzeugoberfläche fließt, was zu Verzugstendenzen führen kann – insbesondere bei größeren Komponenten. Beim Stufenwerkzeug gibt es separate Arbeitsstationen, die einzeln justiert werden können; dies ermöglicht es den Herstellern, auch bei kleinen Losgrößen unter 50.000 Stück schnell zwischen verschiedenen Teilkonfigurationen zu wechseln. Diese Flexibilität erlaubt zudem die Verarbeitung dickerer Blechstärken und komplexer Biegeoperationen, die herkömmliche fortschreitende Werkzeuge schlicht überfordern würden. Für die Fertigung maßgeschneiderter Halterungen, frühe Prototypen von Gehäuseeinheiten sowie jegliches Projekt, bei dem Konstrukteure mehrere Varianten testen müssen, bevor die endgültige Version festgelegt wird, bleibt das Stufenwerkzeug trotz seiner geringeren Effizienz bei Massenfertigungsläufen die bevorzugte Lösung.
Das Stufenwerk-Stanzverfahren ist ein Fertigungsverfahren, bei dem mehrere Operationen wie Stanzen, Biegen und Prägen in einem einzigen automatisierten System kombiniert werden, wodurch eine kontinuierliche, hochgeschwindigkeitsfähige Produktion ermöglicht wird.
Dieses Verfahren gewährleistet hohe Präzision, reduziert Handhabungsfehler, minimiert Materialverformungen und ermöglicht schnelle Produktionsanpassungen – was es ideal für die Großserienfertigung macht.
Das Einzelstufen-Stanzverfahren ist vorzuziehen, wenn Flexibilität bei der Konstruktion, schnelles Prototyping oder die Fertigung in geringen bis mittleren Stückzahlen von weniger als 150.000 Einheiten pro Jahr erforderlich ist.
Zu den wesentlichen Faktoren zählen die jährliche Produktionsmenge, die Werkzeugkosten, mögliche Einsparungen durch betriebliche Effizienzsteigerungen, Materialverschnitt sowie die Gesamtbetriebskosten über die gesamte Nutzungsdauer.
Das Stanzverfahren mit fortschreitender Werkzeugführung eignet sich am besten für kleine, symmetrische Teile mit engen Toleranzen, während das Stufenwerkzeugverfahren besser für größere, asymmetrische oder komplexe Geometrien geeignet ist.
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