TL;DR.Für einen OEM-Hersteller von Küchengeräten, der Tiefziehteile (Sahnebehälter, Kaffeekannenkörper, Filtergehäuse, Vorratsdosen) benötigt, konsolidiert der Folgeverbundwerkzeugbau 5 bis 6 aufeinanderfolgende Ziehvorgänge in einem einzigen Werkzeugsatz und reduziert die Zykluszeit pro Teil um 30 bis 40 % im Vergleich zum Transferpressenverfahren. Die 40%ige Reduzierung resultiert aus drei Mechanismen: (1) Wegfall der Zwischenbearbeitungszeit (3 bis 5 Sekunden pro Teil eingespart); (2) Wegfall der Zwischenglühzeit (5 bis 10 Minuten pro Charge eingespart); (3) höhere Presshubfrequenz (30 bis 60 Hübe pro Minute gegenüber 15 bis 25 Hüben pro Minute beim Einzelwerkzeug). Ein 5-Stationen-Folgeverbundwerkzeug für einen 500-ml-Sahnebehälter aus Edelstahl 304 kostet zwischen 35.000 und 60.000 US-Dollar und hat eine Standzeit von 1 bis 3 Millionen Teilen. Bei einem prognostizierten Jahresvolumen von 100.000 bis 1.000.000 Einheiten amortisiert es sich innerhalb von 6 bis 18 Monaten. Für einen OEM, der einen chinesischen Hersteller evaluiertStanz- und TiefziehherstellerMit Mehrstationenkapazität und japanischen Kernproduktionsanlagen sind die Verifizierungskriterien: hauseigene Werkzeugkonstruktion, hauseigene Werkzeugerprobung, hauseigene Pressenkapazität (5 bis 1000 Tonnen) und die Doppelzertifizierung nach ISO 9001:2015 und SA8000. Für einen OEM, der XinYes Angebot vergleicht,Stanzkapazitäten für Schmiedeteileherstellermit seinemProduktionskapazität StanzanlagenDer Ansatz des mehrstationären Folgeverbundwerkzeugs ist das Unterscheidungsmerkmal, das die Zykluszeitreduzierung von 40 % bei Großaufträgen für Küchengeräte ermöglicht.

Für einen OEM-Einkäufer von Küchengeräten, der Tiefziehteile – nahtlose Hohlkörper aus Stahl oder Aluminium für Sahnekännchen, Kaffeekannen, Filtergehäuse und Vorratsdosen – bezieht, ist die Wahl zwischen Folgeverbundwerkzeugen und Einzelwerkzeugen eine grundlegende Spezifikationsentscheidung, die sich auf Stückkosten, Zykluszeit und Jahresproduktionskapazität auswirkt. Folgeverbundwerkzeuge fassen fünf bis sechs aufeinanderfolgende Umformvorgänge in einem einzigen Werkzeugsatz zusammen. So kann jeder Presshub das Teil durch eine Station führen, während die nächste Station an einem separaten Materialstreifen bearbeitet wird. Bei großen Stückzahlen von Küchengeräten führt diese Zusammenführung zu einer Zykluszeitreduzierung von 30 bis 40 % im Vergleich zu Transferpressen und zu einer Stückkostenreduzierung von 30 bis 80 % im Vergleich zur CNC-Bearbeitung bei gleicher Stückzahl.

Dieser Leitfaden erläutert die 5 aufeinanderfolgenden Stationen eines Folgeverbundwerkzeugs für Tiefziehteile, die Zykluszeitberechnung hinter der Behauptung einer 40%igen Reduzierung, die Materialauswahl zwischen Edelstahl, Aluminium und Kupfer, die 6 kritischen Prozessparameter, die die Teilequalität bestimmen, die 4 häufigsten Fehlerarten mit ihren Werkzeugkorrekturen, eine Fallstudie zu einem 500-ml-Sahnespender sowie die Verifizierungssignale für einen chinesischen OEM-Partner.

Warum tiefgezogene Küchenutensilien Mehrstationenwerkzeuge benötigen

Tiefgezogene Küchengeschirrteile sind nahtlose Hohlformen mit einem Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser von über 0,5 und typischerweise zwischen 1,0 und 3,0. Die Geometrie lässt sich nicht in einem einzigen Ziehvorgang herstellen, da die Kaltverfestigung des Metalls beim Ziehen zu Rissen oder Spalten an der Wand führen würde. Stattdessen wird das Teil in einer Abfolge von Ziehvorgängen gefertigt: Stanzen des Rohlings, Ziehen der ersten Becherform, Nachziehen zur Vertiefung des Bechers, gegebenenfalls ein drittes Ziehen zur Erreichung der endgültigen Tiefe, Glätten der Wand, Abschneiden der Kante und Stanzen von Löchern.

Bei einem Ein-Werkzeug-Verfahren benötigt diese Sequenz 5 bis 6 separate Werkzeuge sowie Zwischenglühvorgänge zwischen den Ziehschritten (das Glühen stellt die Duktilität des kaltverfestigten Metalls wieder her, sodass der nächste Ziehschritt ohne Einreißen durchgeführt werden kann). Allein das Zwischenglühen verlängert die Bearbeitungszeit um 5 bis 10 Minuten pro Charge, hinzu kommt die Zeit für den Transfer des Teils zwischen den 5 bis 6 Werkzeugen (3 bis 5 Sekunden pro Teil) sowie der längere Presszyklus, da jedes Werkzeug nur einen Vorgang pro Hub ausführt. Die Gesamtzykluszeit pro Teil beträgt typischerweise 8 bis 15 Sekunden.

Bei einem Folgeverbundwerkzeugverfahren werden die fünf bis sechs Bearbeitungsschritte in einem einzigen Werkzeugsatz mit mehreren Stationen zusammengefasst. Das Metallband wird von einer Spule zugeführt, durchläuft mit jedem Presshub die Stationen und verlässt die letzte Station als fertiges Bauteil. Die Zwischenhandhabung zwischen den Stationen entfällt (das Band wird automatisch transportiert), ebenso das Zwischenglühen (die Kaltverfestigung verteilt sich auf die Stationen). Zudem ist die Presshubfrequenz höher (30 bis 60 Hübe pro Minute gegenüber 15 bis 25 Hüben pro Minute bei einem Einzelwerkzeug). Die Gesamtzykluszeit pro Bauteil beträgt typischerweise nur 5 bis 9 Sekunden – eine Reduzierung um 40 bis 50 %.

5 aufeinanderfolgende Stationen eines Folgeverbundwerkzeugs für Tiefziehteile

Ein typisches Folgeverbundwerkzeug für tiefgezogene Küchenutensilien verfügt über 5 bis 7 aufeinanderfolgende Stationen. Für einen 500-ml-Sahnespender aus Edelstahl 304 ist die unten dargestellte 5-Stationen-Sequenz die Standardkonfiguration. Jede Station führt pro Presshub einen Arbeitsgang aus, und der Materialstreifen wird pro Hub um eine Stationsteilung weiterbewegt.

Die oben beschriebene Stationsfolge stellt die minimale Konfiguration für ein tiefgezogenes Küchengeschirrteil dar. Für komplexere Teile (z. B. einen Kaffeekannenkorpus mit Ausguss, Griffbefestigungspunkten und Innengewinde) kann das Folgeverbundwerkzeug 7 bis 10 Stationen umfassen, zuzüglich weiterer Stationen zum Prägen des Ausgusses, Stanzen der Grifflöcher und Gewindeschneiden des Halses. Bei einem 7-Stationen-Folgeverbundwerkzeug beträgt die Zykluszeit typischerweise 6 bis 10 Sekunden pro Teil, und die Werkzeugkosten liegen üblicherweise zwischen 60.000 und 100.000 US-Dollar.

Der Bandvorschub zwischen den Stationen erfolgt durch einen automatischen Zuführer (mechanisch oder elektronisch), der das Band innerhalb von ±0,02 mm des Stationsabstands positioniert. Das Trägerband (der Materialstreifen, der die Teile verbindet und als Zuführungsreferenz dient) ist typischerweise 5 bis 10 mm breit und bleibt bis zur letzten Beschnittstation am Werkstück befestigt. Anschließend wird das Trägerband entweder zum Recycling aufgewickelt oder zum Wiedereinschmelzen in kleine Späne geschnitten.

Zykluszeitberechnung: 40 % Reduzierung über 4 Pressengrößen

Die 40%ige Zykluszeitreduzierung ist die wichtigste Kennzahl für das Stanzverfahren mit Folgeverbundwerkzeugen für tiefgezogene Küchenartikel. Die tatsächliche Reduzierung variiert jedoch je nach Presskraft, Teilegröße und Material. Die folgende Tabelle zeigt die Zykluszeit für einen 500-ml-Sahnespender aus Edelstahl 304 bei vier verschiedenen Presskräften im Vergleich zwischen einer Transferpresse mit einem einzigen Werkzeug (Referenzwert) und einem Folgeverbundwerkzeug.

Die Zykluszeitreduzierung ist bei der niedrigeren Presskraft (60 Tonnen) am größten, da die Pressbewegung kürzer ist und die Bandvorschubzeit einen geringeren Anteil des Gesamtzyklus ausmacht. Bei höheren Presskräften (200 Tonnen, 400 Tonnen) ist die Pressbewegung länger und die Bandvorschubzeit ebenfalls kürzer, sodass die relative Reduzierung geringer ausfällt (35–36 % gegenüber 40 %). Auch die absolute Zykluszeit ist bei der niedrigeren Presskraft kürzer (7,2 Sekunden/Teil bei 60 Tonnen gegenüber 5,5 Sekunden/Teil bei 400 Tonnen), was zu einer höheren jährlichen Produktionskapazität führt.

Die Berechnung der Zykluszeit ergibt die jährliche Produktionskapazität. Bei einer 60-Tonnen-Folgefolgestanzanlage im Zweischichtbetrieb (16 Stunden pro Tag, 6 Tage pro Woche, 50 Wochen pro Jahr) beträgt die jährliche Kapazität ca. 50 Hübe pro Minute × 60 Minuten × 16 Stunden × 6 Tage × 50 Wochen / 7,2 Sekunden pro Teil = 2 Millionen Teile pro Jahr. Bei einer 400-Tonnen-Folgefolgestanzanlage im gleichen Betrieb beträgt die jährliche Kapazität ca. 35 Hübe pro Minute × 60 × 16 × 6 × 50 / 5,5 = 1,8 Millionen Teile pro Jahr. Für einen OEM-Küchengerätehersteller mit einem Jahresbedarf von 100.000 bis 500.000 Einheiten bietet eine einzelne Folgefolgestanzanlage die 4- bis 20-fache benötigte Kapazität.

Edelstahl vs. Aluminium vs. Kupfer für tiefgezogene Küchenutensilien

Die Materialauswahl für tiefgezogene Küchengeräteteile hängt von drei Faktoren ab: den Anforderungen an den Lebensmittelkontakt (das Teil muss den FDA-Vorschriften 21 CFR oder der EU-Verordnung 1935/2004 entsprechen), den Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften (das Teil muss dem Umformprozess, der Montage und der Belastung im Gebrauch standhalten) und den Kostenvorgaben (das Teil muss innerhalb des Kostenbudgets des OEM liegen). Die drei gängigsten Materialien für tiefgezogene Küchengeräte sind Edelstahl 304, Aluminium 3003 und Kupfer C11000.

Edelstahl 304 ist die gängigste Spezifikation für tiefgezogene Küchenutensilien, da er die beste Kombination aus Lebensmittelkonformität (gemäß FDA 21 CFR und EU 1935/2004 ohne zusätzliche Beschichtung), mechanischer Festigkeit (beständig gegen Dellen und Verformungen im Gebrauch) und Korrosionsbeständigkeit (spülmaschinenfest und säurebeständig) bietet. Der höhere Werkzeugverschleiß (im Vergleich zu Aluminium) wird durch die längere Werkzeugstandzeit (1 bis 3 Millionen Teile pro Form) und die geringeren Materialkosten pro Teil (im Vergleich zu Kupfer) kompensiert.

Aluminium 3003 kommt zum Einsatz, wenn das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt (z. B. bei Kaffeekannen, die häufig angehoben werden) oder wenn die Kosten den Ausschlag geben (z. B. bei Deckeln für großvolumige Lebensmittelbehälter). Für den Kontakt mit Lebensmitteln ist eine Anodisierung oder Beschichtung erforderlich, die die Kosten pro Teil um 5 bis 10 % erhöht, aber eine größere Farbauswahl und eine härtere Oberfläche ermöglicht.

Kupfer der Güteklasse C11000 wird für hochwertige oder traditionelle Küchengeräte verwendet (z. B. französische Kupferkessel, Premium-Kaffeekanne), bei denen die Ästhetik und die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer geschätzt werden. Für den Kontakt mit Lebensmitteln ist eine Verzinnung oder eine Edelstahlbeschichtung erforderlich, was die Kosten pro Stück um 15 bis 25 % erhöht. Aufgrund der höheren Materialkosten und des zusätzlichen Beschichtungsschritts ist Kupfer pro fertigem Teil das teuerste der drei Materialien.

6 kritische Prozessparameter für die Tiefziehqualität

Bei der Herstellung von Tiefziehteilen für Küchengeräte mittels Folgeverbundwerkzeugen bestimmen sechs kritische Prozessparameter die Teilequalität, die Werkzeugstandzeit und die Zykluszeit. Jeder Parameter muss innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden, wobei der optimale Bereich je nach Material und Teilegeometrie variiert.

1. Niederhalterkraft.Die beim Ziehen auf den Rohling ausgeübte Kraft steuert den Materialfluss in den Ziehhohlraum. Zu geringe Kraft führt zu Faltenbildung am Flansch; zu hohe Kraft verursacht Risse an der Wand. Der optimale Bereich liegt je nach Material und Ziehverhältnis zwischen 5 und 15 % der Ziehkraft.
2. Zeichnungsverhältnis.Das Verhältnis des Rohlingsdurchmessers zum Durchmesser des Bechers nach dem Ziehen. Bei einem einzigen Ziehvorgang beträgt das maximale Verhältnis 1,5 bis 1,8 für Edelstahl 304, 2,0 bis 2,5 für Aluminium 3003 und 2,5 bis 3,0 für Kupfer C11000. Für tiefere Teile sind mehrere Ziehvorgänge erforderlich.
3. Schmierung.Das Schmiermittel wird auf das Werkstück aufgetragen, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren. Für Edelstahl sind Schmiermittel auf Bornitrid- oder MoS₂-Basis üblich; für Aluminium werden Mineralöl- oder synthetische Esterschmierstoffe verwendet. Die Schmierfilmdicke sollte 5 bis 15 Mikrometer betragen, und das Schmiermittel sollte auf 10 Mikrometer gefiltert werden, um eine Verunreinigung der Werkzeugoberfläche zu vermeiden.
4. Werkzeugspiel.Der Spalt zwischen Stempel und Matrizenwand beim Ziehen. Bei Edelstahl beträgt der optimale Spalt das 1,05- bis 1,10-Fache der Materialstärke, bei Aluminium das 1,03- bis 1,05-Fache. Zu großer Spalt führt zu Faltenbildung an der Wand, zu geringer Spalt zu Riefenbildung und hohem Werkzeugverschleiß.
5. Drückgeschwindigkeit.Die Pressenhubfrequenz. Beim Tiefziehen sollte die Pressengeschwindigkeit bei Edelstahl 30 bis 60 Hübe pro Minute betragen (langsamer als beim Stanzen, da die Ziehkraft höher ist) und bei Aluminium 40 bis 80 Hübe pro Minute.
6. Zwischenglühen.Bei mehrstufigem Tiefziehen (typischerweise erforderlich für Teile mit einem Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser größer als 1,8 bei Edelstahl) muss das Teil zwischen den Ziehschritten bei 300 bis 400 °C geglüht werden, um die Duktilität wiederherzustellen. Das Folgeverbundwerkzeugverfahren minimiert den Bedarf an Zwischenglühungen, indem die Kaltverfestigung auf mehrere Stationen verteilt wird.

Die sechs oben genannten Parameter sind voneinander abhängig. Beispielsweise erfordert ein höheres Ziehverhältnis eine höhere Niederhalterkraft und eine geringere Pressgeschwindigkeit. Die optimale Kombination der sechs Parameter wird empirisch während der Werkzeugerprobungsphase ermittelt (typischerweise zwei bis vier Wochen iterativer Tests, bevor das Produktionswerkzeug freigegeben wird).

4 häufige Fehlerarten und 4 Werkzeugkorrekturen

Bei der Herstellung von tiefgezogenen Küchenartikeln treten häufig vier Fehlerarten auf. Jede Fehlerart hat ein spezifisches Erscheinungsbild und erfordert eine spezifische Lösung, die ein erfahrener Werkzeugmacher innerhalb eines zwei- bis vierstündigen Werkzeugwartungszyklus durchführen kann. Die vier unten aufgeführten Fehlerarten decken etwa 90 % der in der Produktion beobachteten Fehler ab.

Die vier oben genannten Fehlerarten decken etwa 90 % der in der Produktion auftretenden Fehler ab. Die verbleibenden 10 % sind typischerweise auf Materialabweichungen (z. B. nicht spezifikationsgemäße Härte einer bestimmten Spule), Werkzeugverschleiß (nach mehr als einer Million gefertigter Teile tritt der Werkzeugverschleiß ein) oder Umwelteinflüsse (z. B. Luftfeuchtigkeit, die den Schmierfilm beeinträchtigt) zurückzuführen. Die Behebung der jeweiligen Fehlerart erfolgt im Rahmen der nächsten planmäßigen Werkzeugwartung (in der Regel alle 20.000 bis 50.000 Teile) oder bei einer außerplanmäßigen Werkzeugwartung, falls die Fehlerrate den zulässigen Schwellenwert (in der Regel 1 bis 2 %) überschreitet.

Fallstudie Küchengeräte: Sahnespender (500 ml)

Ein typisches Beispiel für die Herstellung von tiefgezogenen Küchenartikeln mittels Folgeverbundstanzen ist der 500-ml-Sahnespenderbehälter. Dieses nahtlose Hohlzylinderteil hat einen Durchmesser von ca. 70 mm, eine Höhe von ca. 130 mm und eine Wandstärke von 1,0 mm. Es wird üblicherweise aus Edelstahl 304 gefertigt. Der Behälter findet sowohl in privaten als auch in gewerblichen Küchen Verwendung zum Schlagen von Sahne, Schäumen, Mousses und kohlensäurehaltigen Getränken.

Der 500-ml-Sahnespender dient als repräsentatives Fallbeispiel, da er hinsichtlich Teilegröße, Ziehverhältnis und Jahresvolumen im mittleren Bereich der tiefgezogenen Küchengeräte liegt. Die 38%ige Zykluszeitreduzierung und die Amortisationszeit von 6 bis 12 Monaten sind typische Ergebnisse für Teile dieser Größe und dieses Volumens. Bei größeren Teilen (z. B. einem 3-Liter-Schnellkochtopf) ist die Zykluszeitreduzierung ähnlich (35 bis 40 %), die Werkzeugkosten sind jedoch höher (90.000 bis 150.000 US-Dollar) und die Jahreskapazität geringer (1 bis 1,5 Millionen Teile pro Linie). Bei kleineren Teilen (z. B. einem Kaffeefilterkorb) ist die Zykluszeitreduzierung höher (bis zu 45 %) und die Werkzeugkosten niedriger (15.000 bis 30.000 US-Dollar).

Für einen OEM-Küchengerätehersteller bietet die obige Fallstudie eine Referenzspezifikation für das eigene Tiefziehteil. Der Käufer kann den Rohlingsdurchmesser, die endgültigen Becherabmessungen, die Ziehschritte und die Presskraft an das Teil anpassen, während die Berechnung der Zykluszeit und der Kostendeckungszeitraum als Grundlage für das OEM-Angebot beibehalten werden.

XinYe Mehrstationen-Werkzeugkapazität für Küchengeräte-OEMs

Für einen OEM-Käufer von Küchengeräten, der XinYe als potenziellen Partner für das Folgeverbundstanzen von Tiefziehteilen in Betracht zieht, basieren die Fertigungskapazität und das Qualitätssystem auf der folgenden Ausrüstungsliste, den Zertifizierungen und den Prozessfähigkeiten.

1. Druckkapazitätsbereich.XinYe betreibt Stanzpressen mit Presskräften von 5 bis 250 Tonnen, hydraulische Säulenpressen mit Presskräften von 100 bis 630 Tonnen sowie Reibungspressen mit Presskräften von 300 bis 1000 Tonnen. Die kombinierte Presskapazität deckt Tiefziehteile von klein (50 mm Durchmesser, Filterkörbe) bis groß (300 mm Durchmesser, Topfkörper) und von dünn (0,5 mm Aluminium) bis dick (3,0 mm Edelstahl) ab.
2. Werkzeugdesign und Testmöglichkeiten.XinYe verfügt über eine eigene Werkzeugkonstruktion (mittels 2D- und 3D-CAD/CAM-Software) und führt auch eigene Werkzeugerprobungen (mit einer speziellen Testpresse) durch. Der Zyklus von der Werkzeugkonstruktion bis zur Erprobung beträgt typischerweise 4 bis 6 Wochen für ein 5-Stationen-Folgeverbundwerkzeug, und der Zyklus von der Erprobung bis zur Serienproduktion beträgt typischerweise 2 bis 4 Wochen.
3. Qualitätskontrollsystem.XinYe ist nach ISO 9001:2015 (Qualitätsmanagement) und SA8000 (soziale Verantwortung) zertifiziert. Das Qualitätskontrollsystem umfasst die Rohmaterialprüfung, die Fertigungsbegleitende Prüfung (Erstmusterprüfung, Zwischenprüfung und Versandprüfung) sowie die Rückverfolgbarkeitsdokumentation für jede Produktionscharge.
4. Materialbeschaffung.XinYe bezieht Edelstahlband von japanischen (JFE Steel, Nippon Steel) und chinesischen (Baosteel, Tisco) Stahlwerken, abhängig von der Bauteilspezifikation und den Kostenvorgaben des Erstausrüsters. Für jede Spule wird ein Materialzertifikat (Werksprüfbericht) bereitgestellt.
5. Produktionskapazität und Produktionsplanung.XinYe arbeitet standardmäßig 6 Tage pro Woche im 2-Schicht-Betrieb mit 16 Stunden täglich. Bei großen OEM-Aufträgen kann innerhalb von 30 Tagen auf 24/7-Betrieb umgestellt werden. Die Produktionskapazität wird bedarfsgerecht und basierend auf der Auftragsprognose des OEMs erweitert.
6. Kombinierte Fähigkeiten.Neben dem Folgeverbundstanzen bietet XinYe auch Schmieden (Aluminium-Warmschmieden), Feinguss, Aluminium-Druckguss und CNC-Bearbeitung an. Dank dieser umfassenden Kompetenzen kann XinYe Baugruppen (z. B. einen Sahnespenderbehälter mit geschmiedetem Aluminiumkopf und CNC-gefräster Düse) aus einer Hand liefern und so den Koordinationsaufwand für OEMs reduzieren.

Die Kombination aus Mehrstationenpressenkapazität, hauseigener Werkzeugkonstruktion, ISO 9001:2015 + SA8000 Doppelzertifizierung, japanischen Kernproduktionsanlagen und der kombinierten Stanz-, Schmiede-, Gieß- und Bearbeitungskapazität macht XinYe zu einem risikoarmen OEM-Partner für Küchengerätekäufer, die Tiefziehteile in hohen Jahresvolumina beziehen.

Verfasst von Alison PanAlison Pan ist internationale Vertriebsleiterin bei Ningbo Jiangbei XinYe Metal Works Co., Ltd., dem in Ningbo ansässigen Hersteller hinter cnnbxinye.com. Das Werk kombiniert japanische Produktionsanlagen mit einem strengen, mehrstufigen Qualitätskontrollprogramm, um Schmiederinge, Feingussteile und Stanzteile aus Stahl für OEM- und ODM-Partner weltweit zu liefern. Alison arbeitet mit internationalen Einkäufern zusammen, um technische Zeichnungen zu prüfen, Materialien auszuwählen und die Auftragsplanung zu optimieren. Dabei liegt ihr Fokus darauf, die Werkzeugzyklen zu verkürzen und jede Lieferung an den Wareneingangsprüfplan des Käufers anzupassen.
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