Formen und Werkzeuge (Matrizen) sind unverzichtbare Elemente in der Serienfertigung. Sie finden in der Metallverarbeitung vielfältige Anwendung bei der Herstellung von Teilen, werden aber auch in anderen Branchen wie der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Doch wie werden Formen und Werkzeuge bearbeitet?
Einsatzbereiche von Formen und Werkzeugen
In den Produktionsprozessen spielen Formen und Werkzeuge eine zentrale Rolle bei der Herstellung von Teilen. So werden Formen beim Spritzgießen zur Formgebung von Kunststoff eingesetzt, aber auch in der Gießerei, um Teile unterschiedlichster Form herzustellen. Die Vielfalt an Formen ist groß: für Schraubenköpfe, für Dosen in der Konservenindustrie oder für Ringe in der Schmuckherstellung.
Werkzeuge (Matrizen) werden unter anderem zum Stanzen und zum Umformen von Blechen oder Metallplatten sowie für weitere Formgebungen dieses Werkstoffs verwendet. Auch bei der Herstellung von Automobilteilen kommen sie zum Einsatz.
Dank der heutigen Technologie lassen sich Formen und Werkzeuge mit hoher Präzision herstellen, was die Serienfertigung von Teilen für verschiedene Branchen deutlich vereinfacht.
Merkmale von Formen und Werkzeugen
Formen und Werkzeuge zeichnen sich durch spezifische, sehr präzise Formen und eine ausgezeichnete Oberfläche aus und bestehen aus hochwertigen Werkstoffen. Die Werkstoffe für Formen und Werkzeuge müssen hohen und niedrigen Temperaturen standhalten, denn in eine Form können zum Beispiel geschmolzene Metalle mit hoher Temperatur gegossen werden. Deshalb dürfen sich Formen und Werkzeuge nicht verformen.
Für ihre Herstellung wird meist Stahl mit hoher Härte verwendet. Die Härte beeinflusst nicht nur die Festigkeit von Formen und Werkzeugen, sondern auch die Schneidengeometrie.
Was die Form betrifft, haben diese Werkzeuge ein dreidimensionales Profil; die Maschinen, auf denen sie bearbeitet werden, müssen daher 3D-Flächen bearbeiten können.
Was ist Werkzeugbau?
Der Werkzeugbau ist ein Teilbereich der Metallverarbeitung, der sich, wie der Name sagt, mit der Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Formen und Werkzeugen (Vorrichtungen) befasst, die für die Serienfertigung von Teilen nötig sind. Im Werkzeugbau werden die Teile in der Regel aus Blech oder Metallplatten hergestellt, und die Bearbeitung erfolgt ohne Spanabhebung.
Als Werkzeugbau werden außerdem Schneid- und Umformarbeiten an Blechen ohne Spanabhebung bezeichnet, bei denen Werkzeuge wie Formen und Matrizen eingesetzt werden. Für die Herstellung dieser Werkzeuge und die Umformung der Bleche ist ein Fachmann erforderlich, der Werkzeugmechaniker.
Aufgrund der hohen Herstellungskosten lohnt sich der Werkzeugbau nur für die Herstellung von Formen und Werkzeugen für die Serienfertigung, denn nur so lassen sich die Werkzeugkosten amortisieren. Bemerkenswert ist jedoch, dass mit diesen Werkzeugen in kürzester Zeit gefertigt werden kann, denn die eingesetzten Maschinen können zwischen 12 und 1.200 Teile pro Minute herstellen.
Der Werkzeugbau zeichnet sich durch ein geringes Abfallaufkommen aus, da nicht spanend gearbeitet wird. Das ermöglicht eine optimale Materialausnutzung: Zwischen 75 und 80 % des Blechs werden genutzt.
Bearbeitung von Formen und Werkzeugen
Für die Herstellung von Formen und Werkzeugen werden verschiedene Bearbeitungsverfahren eingesetzt: Drehen, Fräsen, Bohren usw.; am häufigsten ist das Fräsen, da die Teile sehr komplexe Formen mit zahlreichen Kavitäten und Kanten aufweisen, die sehr präzise Arbeit erfordern. Deshalb werden diese Bearbeitungen zunehmend auf Multifunktions-Werkzeugmaschinen durchgeführt, die mehrere Bearbeitungsverfahren kombinieren.
Aufgrund der Komplexität dieser Werkzeuge war der Werkzeugbau einer der ersten Bereiche, der sich neue Technologien zunutze machte – mit fortschrittlicher Software und CNC-Bearbeitungsverfahren, etwa dem Hochgeschwindigkeits- und Hochvorschubfräsen. Deshalb werden für die Herstellung dieser Teile die modernsten Werkzeugmaschinen eingesetzt.
Für die Reparatur von Formen und Werkzeugen, die mit der Zeit verschleißen und beschädigt werden, kommen verschiedene Bearbeitungsverfahren zum Einsatz. Diese Werkzeuge lassen sich durch Schweißen, Laserbehandlung oder thermisches Metallspritzen reparieren; all diese Verfahren werden direkt auf die Oberfläche des beschädigten Teils angewandt. Die Maschinen, die sowohl für die Herstellung von Formen und Werkzeugen als auch für deren Reparatur eingesetzt werden, müssen fortschrittliche Schneidwerkzeuge sein, die sehr harte und weichere Materialschichten gleichermaßen bearbeiten können.