CNC-Stanzmaschinen bieten einzigartige Vorteile gegenüber anderen Schneid- und Umformverfahren für Bleche, vom Hinzufügen von Formen bis hin zum Stanzen mehrerer Löcher als vorgegebenes Muster in einem einzigen Arbeitsgang. Häufig setzen Hersteller CNC-Stanzmaschinen zusätzlich zu Laser-, Wasserstrahl- und anderen Schneidmaschinen ein, um die Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Produktivität zu erhöhen. Auch kombinierte Stanz-/Lasermaschinen werden in vielen Fertigungsbetrieben eingesetzt. Der Punkt hier: CNC-Stanzmaschinen sind ein wichtiger Bestandteil im Arsenal erfolgreicher Blechumformer und -verarbeiter. 

Und genau wie ihre Pendants zum Schneiden nutzen CNC-Stanzmaschinen die sich schnell entwickelnde Verschachtelungssoftware, um Teile schnell und genau zu produzieren und gleichzeitig die Materialausnutzung zu optimieren. Einzelheiten zu den branchenweiten Trends beim CNC-Stanzen im Zusammenhang mit der Verschachtelung und eine Liste von Tipps für Hersteller, Metallumformung wandte sich an Gary C. Carnall, Regionalmanager für Europa, den Nahen Osten und Afrika bei Metamation, einem Unternehmen der Trumpf Gruppe, das sich auf CAD/CAM-Software für die Blechbearbeitung spezialisiert hat und seinen Hauptsitz in den USA in der Smart Factory von Trumpf in Chicago, Illinois, hat.

Verschiedene Stanzmaschinenkonzepte für unterschiedliche Anwendungen

"Im Gegensatz zu Laserschneidmaschinen, die keine Werkzeuge verwenden, schränkt die Werkzeugbestückung bei CNC-Stanzmaschinen das Schachteln ein", sagt Carnall und nennt damit einen Nachteil, der dem CNC-Stanzen gemeinhin zugeschrieben wird. Andererseits stellt er fest, dass einige Vorteile, die dem Laserschneiden gegenüber dem CNC-Stanzen zugeschrieben werden, sich im Nachhinein als Nachteile erweisen können. "Zum Beispiel kann ein Teil theoretisch in jedem beliebigen Winkel für das Laserschneiden verschachtelt werden. Wenn das lasergeschnittene Teil dann aber gebogen werden muss, kann es bei einer Biegung aufgrund der ungünstigen Faserrichtung reißen."

Die Richtung der Maserung wird also beim Schachteln für das Laserschneiden und CNC-Stanzen berücksichtigt. 

Die besondere Bauart der CNC-Stanzmaschinen wirkt sich auch auf die Verschachtelung aus.

"Stanzen zeichnet das äußere Profil des Teils nach, zum Beispiel bei der Herstellung eines Quadrats", sagt Carnall. "Der Typ der Stanzmaschine bestimmt, wie das gemacht wird. Revolver- und Schienenstanzmaschinen erfordern unterschiedliche Methoden, und jede bedient bestimmte Nischen sehr gut."

Bis zu diesem Punkt kann sich ein Werkzeug bei einer schienenartigen Maschine in jeden beliebigen Winkel drehen, erklärt Carnall, was Flexibilität bei der Verschachtelung und Leistung bietet. Bei einer Revolvermaschine ist dies, von einigen Ausnahmen abgesehen, nicht möglich, oder die Funktionalität ist mit einigen wenigen Werkzeugen, die sich drehen können, eingeschränkt.

"Um zwei 1⁄4-Zoll-Rechtecke in einer Revolvermaschine zu stanzen, muss zum Beispiel eines in einer 0-Grad-Ausrichtung und das andere in einer 90-Grad-Ausrichtung verschachtelt werden", sagt er. "Dadurch gehen einige Kapazitäten und Möglichkeiten zur Materialeinsparung und Geschwindigkeit verloren."

Aber auch hier gilt: Jede Art von Maschine hat ihr Zuhause.

"Ein Erstausrüster benötigt zum Beispiel nicht viele Werkzeuge", sagt Carnall, da er ein begrenztes und einheitlicheres Teileportfolio hat. "Hier kann eine schienengebundene Maschine vorteilhafter sein. Revolvermaschinen bieten die Möglichkeit, mehr Werkzeuge zur Verfügung zu stellen - eine Überlegung für Lohnfertiger.

Kombinieren Sie Maschinenmanagement mit Nesting-Know-how

Für jeden Maschinentyp können Maschinenmanagement und Verschachtelung signifikante Verbesserungen der Leistung und der Gesamtanlageneffektivität (OEE) bringen. Das Maschinenmanagement spielt laut Carnall eine entscheidende Rolle, denn effektives Schachteln bedeutet viel mehr als nur die Anzahl der auf einem Blech platzierten Teile. 

"Manche Hersteller füllen einen Bogen mit 30 Teilen", erklärt er, "aber vielleicht brauchen sie an diesem Tag nur 10 dieser Teile. Der Rest wird zum Lagerbestand oder zu unfertigen Erzeugnissen (WIP), die eine Woche lang liegen bleiben, bis sie geliefert oder weiterverarbeitet werden. Überschüssiger Bestand wird zu einem erheblichen Kostenfaktor."

Die Kombination von Verschachtelungsfunktionen mit einer ordnungsgemäßen Maschinenverwaltung - Planung, Bestimmung der richtigen Bogengröße usw. - steigert die Effizienz des gesamten Produktionsprozesses.

Ein Projekt eines OEM-Herstellers ist ein gutes Beispiel dafür, wie Carnall und das Metamation-Team die Herausforderungen angehen.

"Durch das Scannen von mehr als tausend Teilen, die dieser Hersteller auf einer Revolverstanze produzierte, konnten wir die Werkzeugnutzung ermitteln", erinnert sich Carnall. "Anhand der Daten konnten wir die benötigten und nicht benötigten Werkzeuge identifizieren. Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Hersteller ein 1-Zoll-Quadrat, ein 0,75-Zoll-Quadrat und ein 0,50-Zoll-Quadrat stanzen muss, um die Mitte eines Teils auszunibbeln und eine Öffnung zu schaffen. Dafür sind keine drei verschiedenen Vierkantstempel erforderlich, wodurch einige Werkzeuge überflüssig werden. Dies kann ein oder zwei zusätzliche Schläge erfordern, aber dadurch wird Revolverkapazität frei, die für andere benötigte Werkzeuge genutzt werden kann. 

"Durch Scannen und Eliminieren nicht benötigter Werkzeuge kamen wir zu einer Standardrevolverladung", fährt er fort. "Dies ermöglichte das Mischen einer optimalen Vielfalt von Teilen beim Verschachteln und sorgte für eine viel höhere Materialausnutzung sowie einen größeren Durchsatz. Bei diesem Projekt reduzierte das dynamische Schachteln in Kombination mit dem Maschinenmanagement die benötigten Bleche von 130 auf 69 für den Produktionslauf - eine enorme Materialeinsparung sowie eine verbesserte Produktivität. Die Verschachtelung spielte natürlich eine große Rolle, aber das richtige Maschinenmanagement spielte eine noch größere Rolle."

Unterm Strich: Nesting-Software bringt viel, aber Sie sollten sich auch die Stanzmaschine ansehen - wie sie läuft, welche Werkzeuge verwendet werden usw. 

Ähnliche Teile gruppieren

In diesem Sinne bietet die Gruppierung ähnlicher Teile und Teileaufträge mehr Vorteile, so Carnall, der als Beispiel Möglichkeiten für die Nutzung spezifischer Softwarefunktionen nennt.

"Die Software erreicht dies im Wesentlichen auf zwei Arten", sagt er. "Sie kann einen Auftrag erstellen, den wir Nesting Job nennen und der die Anforderungen des Tages enthält. Beim Verschachteln analysiert die Nesting-Engine die benötigten Werkzeuge. Wenn in einem Szenario mehr Werkzeuge benötigt werden, als die Maschine in einem Durchgang bereitstellen kann, wird die Revolverkonfiguration automatisch aufgeteilt. Sie gruppiert so viele Teile wie möglich in Revolverkonfiguration A und erstellt dann Revolverkonfiguration B, um die restlichen Teile zu verschachteln.

"Eine andere Methode gibt Empfehlungen", fährt er fort. "Wenn die Software Revolverkonflikte feststellt, die mehr Werkzeuge erfordern als Revolverplatz zur Verfügung steht, sagt die Software dem Hersteller: 'Wenn Sie dieses Werkzeug entfernen und durch dieses andere Werkzeug ersetzen, kann ich diese Teile in einem Nest zusammenfügen.' Diese Methode trägt dazu bei, die Entwicklung bis zur Fertigung zu fördern."

Letzten Endes ermöglichen die oben beschriebenen Ansätze die Erledigung aller notwendigen Aufgaben, wenn auch nicht unbedingt eine Aufgabe nach der anderen.
"Das ist nützlich für Lohnfertiger, die wenig Kontrolle darüber haben, welche Aufträge wann benötigt werden", sagt Carnall. "Ein OEM-Hersteller hingegen hat vielleicht mehr Kontrolle und kann mit seiner internen Konstruktionsabteilung zusammenarbeiten, um Produktivität und Werkzeugnutzung zu optimieren."

Weitere Tipps zur Verbesserung des Nistplatzes

Metamation gibt zusätzliche Tipps zur Verbesserung der Verschachtelung auf CNC-Stanzmaschinen, die Carnall weiter ausführt.

Versuchen Sie, wenn möglich, eine gute Mischung von Teilen zu erhalten, aber bedenken Sie, dass eine vorzeitige Bestellung den WIP beeinflussen könnte.

"Auftragsfertiger haben weniger Kontrolle über die Anzahl und Art der zu produzierenden Teile als OEM-Betriebe. Eine Faustformel: Je größer die Anzahl und die Arten der Teile sind, mit denen Sie spielen können, desto größer ist die Möglichkeit, dass die Verschachtelungssoftware die Materialausnutzung erhöht. Eine Bedarfsliste mit 50 oder 60 Teilen im Gegensatz zu nur vier oder fünf Teilen bietet eine größere Chance für eine hohe Materialausnutzung. Eine Verschachtelungssoftware arbeitet mit Einschränkungen, wobei die erste Einschränkung die Vielfalt der Teile ist.

Versuchen Sie, die Prioritäten der Teile für die Produktion zu begrenzen, da dies einem Schachtelungssystem mehr Flexibilität bei der Anordnung der Teile ermöglicht.
"Zu hohe Prioritäten sind eine Fessel für eine Schachtelmaschine. Aufgrund von Produktionsplänen und sekundären oder anderen Vorgängen können Einschränkungen erforderlich sein. Natürlich wollen die Hersteller nicht schon heute die Arbeit von nächster Woche stanzen, weil das nur WIP ist, der in der Werkstatt herumliegt. Aber Lohnfertiger haben vielleicht mehr Möglichkeiten als OEMs, die Arbeit von morgen nach Bedarf einzubauen. "Versuchen Sie, anpassungsfähige Werkzeuglösungen zu verwenden. Beim Schneiden beispielsweise gibt es außer der Faserrichtung des Materials nur wenige Einschränkungen, während beim Stanzen die Drehung der Teile auf dem Blech durch die Werkzeuge eingeschränkt sein kann.

"Wenn die Stanzwerkzeuge in einer Revolverstanzmaschine nur in den Ausrichtungswinkeln 0 und 90 Grad arbeiten können, sind 0 und 90 Grad die einzigen verfügbaren Schachtelausrichtungen. Durch den Einsatz von Maschinentechnologie mit automatischer Indexierung können die Werkzeuge jedoch ihre Ausrichtung drehen. Dies bietet mehr Optionen für eine Verschachtelungsmaschine, die eine bessere Materialausnutzung ermöglicht. Vermeiden Sie dies bei einigen Materialien, wie z.B. Aluminium, bei denen das Biegen in der Faserrichtung zum Bruch eines Teils führt. Aber es gibt Möglichkeiten für eine verbesserte Schachtelungseffizienz, zum Beispiel bei Standardstählen."

Es ist besser, sich an das größtmögliche Blatt zu halten, aber auch andere Standardblattgrößen oder sogar doppelte Blattgrößen (groß und klein) können bei der Verschachtelung Vorteile bringen.

"Einige Hersteller ziehen es vor, sich auf ein einziges Blechformat zu beschränken, aber die Möglichkeit, aus mehreren Blechformaten auszuwählen, kann die Materialausnutzung verbessern. Ein automatisiertes Blechhandling kann hier helfen, da eine höhere Materialausnutzung gegen den zusätzlichen Zeitaufwand für das Wechseln der Bleche abgewogen werden muss."

Überprüfen Sie den für die Verschachtelung erforderlichen Prozess. Manche Verschachtelungssoftware bietet eine schnelle Verschachtelung, erfordert dann aber die Verwendung zusätzlicher Optimierungsprogramme. Andere Programme sind mit verschiedenen Verschachtelungsstilen und -methoden ausgestattet, bei denen die Suche nach der optimalen Methode mehr Zeit in Anspruch nimmt, wodurch Zeit- und Materialeinsparungen zunichte gemacht werden.

"Einige Software kann Teile verschachteln und erfordert dann die Einrichtung von Werkzeugen, was nicht immer funktioniert. Andere Software kann die Verschachtelung auf der Grundlage der verfügbaren Werkzeuge vornehmen. Die erste Option bietet zwar eine bessere Materialausnutzung, deckt aber nur die Verschachtelungsgeometrie ab. Einige Verarbeiter können in die Falle tappen, wenn sie die erhöhte Materialausnutzung sehen, sich dann auf das Laden einer Platte vorbereiten und feststellen, dass sie diese Verschachtelung nicht stanzen können, weil sie nicht die verfügbaren Werkzeuge haben."