Vom Stanzteil zum Verbundbauteil: So läuft die Lohnfertigung von Metall-Kunststoff-Verbundteilen ab
Ein Blick hinter die Kulissen: Wie aus einer CAD-Zeichnung ein fertiges Hybridbauteil wird. Der schrittweise Prozess der Lohnfertigung – von der werkzeuggerechten Konstruktion bis zur Serienumspritzung.
Fachbeitrag von MGE Metallgeräte Elgersburg GmbH | Zertifiziert nach DIN EN ISO 9001:2015 (TÜV Thüringen) | Systemlieferant aus Geratal, Thüringen
Auf einen Blick (Key Takeaways):
- Design for Manufacturing: Der Prozess beginnt lange vor dem ersten Span. Die Abstimmung von Metalleinleger und Kunststoffschwindung im CAD ist der kritischste Schritt.
- Synchroner Werkzeugbau: Stanzwerkzeug und Spritzgusswerkzeug müssen parallel entwickelt und aufeinander abgestimmt werden, um Toleranzketten zu beherrschen.
- Präzise Vorfertigung: Ob Stanzen auf Hochleistungsautomaten oder CNC-Drehen – der Metalleinleger muss gratfrei und maßhaltig sein, sonst schließt das Spritzgusswerkzeug nicht.
- Der Insert-Moulding-Prozess: Das exakte Einlegen und Fixieren des Metallteils im Werkzeug entscheidet über die Qualität der Umspritzung.
- Inprozesskontrolle: Statistische Prozesskontrolle (SPC) über beide Fertigungswelten hinweg sichert die Null-Fehler-Strategie in der Serienfertigung.
Der Weg zum perfekten Hybridbauteil
Die Fertigung von Metall-Kunststoff-Verbundteilen ist weit mehr als die Addition zweier Prozesse. Wenn eine technische Entwicklungsleitung ein solches Bauteil an einen Lohnfertiger übergibt, erwartet sie nicht nur die Abarbeitung einer Zeichnung, sondern die Beherrschung eines komplexen technologischen Zusammenspiels. Toleranzen, die in der Metallbearbeitung üblich sind, können im Spritzguss zu Ausschuss führen. Die thermische Belastung beim Umspritzen kann den Metalleinleger verformen.
Um diese Risiken zu minimieren, folgt ein professioneller Systemlieferant wie die MGE Metallgeräte Elgersburg GmbH einem streng definierten, integrierten Prozessablauf. Dieser Artikel führt Sie Schritt für Schritt durch die Lohnfertigung eines Verbundbauteils – von der ersten Skizze bis zur laufenden Serie.
Die 5 Phasen der Verbundteil-Fertigung
Phase 1: Design for Manufacturing (DfM) und Machbarkeitsprüfung
Der Prozess beginnt mit der Analyse der Kunden-CAD-Daten. Hier entscheidet sich oft bereits der wirtschaftliche Erfolg des Projekts. Die Konstrukteure des Lohnfertigers prüfen die Zeichnung auf fertigungsgerechte Auslegung: Sind ausreichend Hinterschnitte für die mechanische Verankerung des Kunststoffs vorhanden? Ist der Metalleinleger so gestaltet, dass er im Spritzgusswerkzeug sicher positioniert werden kann, ohne durch den Einspritzdruck verschoben zu werden?
In dieser Phase wird auch das Materialverhalten simuliert oder berechnet: Wie verhält sich die Schwindung des gewählten Kunststoffs (z. B. PA66) im Verhältnis zur thermischen Ausdehnung des Metalls (z. B. Edelstahl 1.4301)? Gegebenenfalls werden in Absprache mit der Entwicklungsleitung Anpassungen an der Geometrie vorgenommen, um die Prozesssicherheit zu erhöhen.
Phase 2: Synchroner Werkzeugbau
Nach der Freigabe des Designs beginnt der Bau der Produktionswerkzeuge. Bei Verbundbauteilen sind dies in der Regel zwei hochkomplexe Werkzeuge: ein Folgeschneid- oder Biegewerkzeug für die Stanzerei und ein Spritzgusswerkzeug für die Kunststoffabteilung.
Der entscheidende Vorteil eines Systemlieferanten mit eigenem Werkzeugbau: Beide Werkzeuge werden parallel und perfekt aufeinander abgestimmt konstruiert und gefertigt. Die Toleranzen des Stanzwerkzeugs werden direkt in die Auslegung der Kavität des Spritzgusswerkzeugs übernommen. Das stellt sicher, dass der Metalleinleger später spielfrei im Werkzeug sitzt und keine Gratbildung durch überspritzten Kunststoff entsteht.
Phase 3: Vorfertigung der Metalleinleger (Stanzen/Drehen)
Im dritten Schritt werden die Metalleinleger produziert. Bei MGE erfolgt dies beispielsweise auf Bruderer-Hochleistungsstanzautomaten mit bis zu 2.000 Hüben pro Minute oder auf präzisen CNC-Drehautomaten. Diese Vorfertigung muss höchste Qualitätsstandards erfüllen.
Besonders kritisch ist die Gratfreiheit der Metalleinleger. Ein Grat am Stanzteil kann die empfindliche Oberfläche des Spritzgusswerkzeugs beschädigen oder verhindern, dass das Werkzeug vollständig schließt. Inprozesskontrollen (SPC) überwachen die Maßhaltigkeit der Einleger kontinuierlich, um sicherzustellen, dass nur perfekte Teile in den nächsten Prozessschritt gelangen.
Phase 4: Der Insert-Moulding-Prozess (Umspritzen)
Dies ist der Kernprozess der Hybridfertigung. Die gefertigten Metalleinleger werden in das geöffnete Spritzgusswerkzeug eingelegt. Dies kann manuell (bei Kleinserien oder Prototypen) oder vollautomatisiert durch Handhabungsroboter (bei Großserien) erfolgen.
Das Werkzeug schließt, und der flüssige Kunststoff wird unter hohem Druck in die Kavität eingespritzt. Er umfließt den Metalleinleger, füllt Hinterschnitte und Durchbrüche aus und bildet so eine unlösbare, formschlüssige Verbindung. Nach der exakt berechneten Kühlzeit öffnet das Werkzeug, und das fertige Verbundbauteil wird entformt.
Phase 5: Qualitätssicherung, EMPB und Serienfreigabe
Bevor die Serienproduktion startet, erfolgt die Erstmusterprüfung. Die Bauteile werden taktil oder optisch vermessen, auf Spannungsrisse geprüft und (je nach Anforderung) elektrisch oder mechanisch getestet. Die Ergebnisse werden in einem Erstmusterprüfbericht (EMPB, z. B. nach VDA 2) dokumentiert.
Nach Freigabe durch den Kunden läuft die Serienfertigung an. Auch hier greift die Null-Fehler-Strategie: Regelmäßige Stichproben, Kameraprüfungen und lückenlose Chargendokumentation sichern die gleichbleibende Qualität der Verbundteile über die gesamte Projektlaufzeit.
Die Prozessschritte im Überblick
| Phase | Verantwortlichkeit MGE | Fokus / Kritisches Merkmal |
|---|---|---|
| 1. Design for Manufacturing | CAD-Konstruktion / Engineering | Abstimmung Materialschwindung, Fixierungspunkte |
| 2. Werkzeugbau | Eigener Werkzeugbau | Synchrone Toleranzabstimmung beider Werkzeuge |
| 3. Metall-Vorfertigung | Stanzerei / Dreherei | Maßhaltigkeit, absolute Gratfreiheit |
| 4. Insert Moulding | Kunststoffspritzerei | Exakte Positionierung, Druck- und Temperaturführung |
| 5. Qualitätssicherung | QM-Abteilung | EMPB, SPC-Prüfung, Chargenrückverfolgbarkeit |
Begleiten Sie Ihr Bauteil in die Serie
Suchen Sie einen Fertigungspartner, der den gesamten Prozess – vom Werkzeugbau bis zur fertigen Baugruppe – transparent und prozesssicher steuert? Die MGE Metallgeräte Elgersburg GmbH übernimmt die Verantwortung für Ihre Metall-Kunststoff-Verbundteile. Senden Sie uns Ihre Anfrage und profitieren Sie von unserem Inhouse-Know-how.
Kontakt: mge@mge-gmbh.de | ☎ +49 (0) 3677 7946-0 | www.mge-gmbh.de
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- Was bedeutet Insert Moulding?
- Insert Moulding (Einlegespritzgießen) ist der Fachbegriff für das Umspritzen von Einlegeteilen (Inserts). Dabei wird ein vorgefertigtes Bauteil – meist aus Metall, wie ein Stanz- oder Drehteil – in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und mit Kunststoff umspritzt, um ein Hybridbauteil zu erzeugen.
- Warum müssen Metalleinleger absolut gratfrei sein?
- Ein Grat am Metalleinleger kann dazu führen, dass das Spritzgusswerkzeug nicht vollständig schließt. Der Einspritzdruck drückt dann flüssigen Kunststoff durch den Spalt, was zu unsauberen Kanten (Kunststoffgrat) am fertigen Bauteil führt. Zudem kann ein harter Metallgrat die teure Kavität des Spritzgusswerkzeugs dauerhaft beschädigen.
- Wie wird verhindert, dass sich das Metallteil beim Einspritzen verschiebt?
- Der Metalleinleger wird im Spritzgusswerkzeug durch spezielle Fixierstifte, Magnete oder passgenaue Aufnahmen (Nester) gehalten. Die werkzeuggerechte Konstruktion des Einlegers – mit definierten Anlageflächen – ist entscheidend, um den hohen Einspritzdrücken standzuhalten.
- Können auch Endlosbänder umspritzt werden?
- Ja, dieses Verfahren nennt sich Reel-to-Reel-Moulding (Bandumspritzen). Dabei wird ein gestanztes, noch am Trägerband befindliches Metallband kontinuierlich durch die Spritzgussmaschine geführt und taktweise umspritzt. Dies ist besonders bei hohen Stückzahlen (z. B. Steckerkontakte) sehr wirtschaftlich.
- Wie lange dauert der Prozess von der CAD-Zeichnung bis zum Erstmuster?
- Die Durchlaufzeit hängt stark von der Komplexität der Bauteile ab. Bei einem Systemlieferanten mit eigenem Werkzeugbau wie MGE können die Prozesse parallelisiert werden, was die Time-to-Market im Vergleich zur Koordination mehrerer Sublieferanten oft um Wochen verkürzt.