Formenbau (Werkzeugbau)

Unter Formenbau versteht man die Herstellung von Formen, die zur Fertigung von Gussteilen aus Kunststoff oder Metall benötigt werden. Neben den verlorenen Formen, die nach dem Guss unwiederbringlich zerstört sind, existieren noch die sogenannten Dauerformen, die problemlos hunderte oder tausende Gussvorgänge überstehen. Wir widmen uns hier ausschließlich den Dauerformen, die für den Einsatz im Spritzguss oder Metallguss relevant sind. Eng verwandt mit dem Formenbau ist der Werkzeugbau – mit dem kleinen Unterschied, dass die Werkzeuge nicht für Gussteile, sondern auf Pressen Verwendung finden, beispielsweise im Bereich Automotive.

Der Formenbau

Um eine Metallform herzustellen, bedarf es unter Umständen mehrerer hundert Einzelteile. Die Metallform besteht immer aus einer Matrize, die das Negativ einer Außenform darstellt. Für die Innenform des späteren Teils, was mit der Form hergestellt werden soll, wird ein Kern eingesetzt. Dieser Kern kann entweder bei offener Form entfernt werden oder verbleibt im Material. Kern und Matrize bilden zusammen eine auszufüllende Hohlform – die Kavität.

Die meisten Formen werden in zwei Hälften unterteilt, die Düsenseite und die Auswerferseite. Beide Seiten beinhalten die negative Kontur des späteren Gussteils. Während des Gießvorgangs sind beide Hälften aneinandergefügt, nach Erstarren der Gussmasse werden beide Hälften dann auseinandergenommen, so dass das Gussteil entnommen werden kann.

Vorteile von Dauerformen

Die im Stahlformenbau hergestellten Dauerformen können für Spritzguss oder Druckguss eingesetzt werden. Je nach Anwendungsgebiet können mit den Formen mehrere tausend Gussteile in Serie produziert werden, bis ein Austausch der Form nötig wird. Für verschleißfeste Formen, die höchsten Ansprüchen genügen, wird gehärteter oder vergüteter Werkzeugstahl verwendet, der auf Werkzeugmaschinen in die spätere Form gebracht wird. Da im Formenbau viel Handarbeit nötig ist, sind Formen in der Herstellung vergleichsweise teuer. Diese Kosten amortisieren sich aber bei der Produktion von Werkstücken in großen Stückzahlen schnell, denn die Fertigung mittels Formen ist wesentlich schneller und kostengünstiger als die individuelle Teilefertigung ohne Formen (beispielsweise durch CNC-Fräsen).

Drei gängige Formen

Standardformen werden im Formenbau für vielseitigste Anwendungen eingesetzt. Diese Formen sind modular aufgebaut, was bedeutet, dass die Platten vom Werkzeugaufbau hinsichtlich Material und Stärke flexibel ausgewählt werden können.

Für Bauteile mit großen Hinterschnitten sind Backenformen ideal. Diese Formen beinhalten einen funktionsfähigen Schieber, der die gesamte Länge der Form abdeckt.

In der Prototypenfertigung und für Kleinserien sind kurze Rüstzeiten gefragt, um möglichst wirtschaftlich fertigen zu können. Hier kommen Wechselformen zum Einsatz, bei denen der komplette Formaufbau auf der Maschine verbleibt und nur Wechseleinsätze der Auswerfer- und Düsenseite nach Bedarf getauscht werden.

Werkzeugbau

Im Werkzeugbau werden auf CNC-gesteuerten Maschinen Vorrichtungen und Werkzeuge hergestellt, die als Umformwerkzeuge (Stanzen, Ziehen, Drücken), Urformwerkzeuge (Gießerei) oder im Vorrichtungsbau eingesetzt werden. Werkzeuge kommen im Apparatebau, der Elektrotechnik, dem Maschinenbau oder auch der Verpackungsindustrie zum Einsatz. Da Werkzeuge überwiegend in Einzelanfertigung unter Einsatz arbeitsintensiver Produktionsschritte hergestellt werden, sind sie in der Fertigung vergleichsweise teuer.

Von der Zeichnung bis zum Werkzeug

Damit ein Werkzeug für den späteren Einsatz in der Fertigung hergestellt werden kann, bedarf es vorab technischer Zeichnungen oder CAD-Modelle. Diese Daten werden in ein maschinenlesbares Format gebracht, mit dem auf CNC-Maschinen ein Prototyp gefertigt wird. Um diesen Prozess zu beschleunigen und zu vereinfachen, wird heute vielfach im Rapid-Prototyping-Verfahren aus 3D-CAD-Daten ein erstes Muster erstellt. Dieses wird anschließend vermessen und geprüft. Genügt der Prototyp den Anforderungen, können die vorhandenen Daten detailliert erweitert und zur Realisierung des eigentlichen Werkzeuges verwendet werden.

Nichts für Eilige

Die Zeit von der ersten Festlegung des späteren Werkzeugs bis zur endgültigen Fertigung und Auslieferung kann durchaus mehrere Monate in Anspruch nehmen. Der Grund für die lange Bearbeitungszeit liegt hauptsächlich in der Vorphase begründet, in der viel Energie und Manpower in die Entwicklung investiert werden muss. Mit den Werkzeugen müssen in vielen Fällen nach der Fertigstellung noch Versuche gefahren und Versuchsteile erzeugt werden, um jegliche Ungenauigkeiten und Mängel auszuschließen. Festgestellte Abweichungen werden durch Nacharbeiten (beispielsweise Fräsen, Schleifen oder manuelles Schaben) beseitigt.

Kategorie:
Formentechnik
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