Was sind Formgebungsverfahren? Prozessübersicht
Bei der Herstellung von Produkten werden verschiedene Materialien durch unterschiedliche Techniken umgewandelt. Unter diesen Methoden spielen Formgebungsverfahren – wie Schmieden, Gießen, Pressen und Harzformen – eine zentrale Rolle. In diesem Artikel werden die Grundlagen dieser Formgebungsverfahren und -techniken analysiert und ein klares Verständnis für ihre Anwendungen und Vorteile vermittelt.
Was sind Formgebungsverfahren?
Das Gießen ist ein Herstellungsverfahren, bei dem eine Form, in der Regel aus Metall oder Sand, verwendet wird, um Materialien wie Metall oder Harz in die gewünschten Formen zu bringen. Es gibt verschiedene Formtechniken, z. B. das Pressen von Materialien in einer Form, das Gießen von erhitzten und verflüssigten Materialien in Formen und vieles mehr. Die Wahl des Verfahrens hängt von den Materialeigenschaften und der gewünschten Produktform ab.
Hauptmerkmale des Formgebungsverfahrens
Das bestimmende Merkmal des Formgebungsverfahrens ist die Verwendung von Formen, um Materialien zu formen. Durch Formgebungsverfahren hergestellte Produkte sind in der Regel so konzipiert, dass sie sich leicht aus der Form lösen lassen. Die Herstellung von Formen mit seitlichen Löchern oder Vertiefungen kann jedoch ohne besondere Überlegungen schwierig sein. Die Herstellung von Hohlkörpern in der Form erfordert ebenfalls spezielle Techniken, um eine ordnungsgemäße Füllung des Materials und strukturelle Integrität zu gewährleisten.
Vor- und Nachteile des Formgebungsverfahrens
Jedes Herstellungsverfahren hat seine Vor- und Nachteile, und das Formgebungsverfahren bildet da keine Ausnahme. Hier sind einige wichtige Punkte:
Vorteile
- Geeignet für die Massenproduktion: Das Formgebungsverfahren ist ideal für die Herstellung großer Mengen identischer Artikel, wobei die Qualität über alle Chargen hinweg gleich bleibt.
- Hohe Präzision für komplexe Formen: Das Formgebungsverfahren eignet sich hervorragend für die Herstellung komplizierter Kurven und Designs und ist daher ideal für Produkte wie Lüfterflügel oder Autokarosserien.
Nachteile
- Hohe Anfangskosten und Zeitaufwand: Die Herstellung von Formen, insbesondere aus Metall, erfordert einen erheblichen zeitlichen und finanziellen Aufwand und eignet sich daher weniger für die Kleinserienproduktion.
- Begrenzte Flexibilität bei der Postproduktion: Ist eine Form erst einmal hergestellt, ist es schwierig, ihr Design zu ändern, was ein Nachteil sein kann, wenn Designänderungen nach Produktionsbeginn erforderlich sind.
- Einschränkung der Form: Das Formgebungsverfahren ist im Allgemeinen auf Formen beschränkt, die sich leicht aus der Form entfernen lassen, was die Herstellung bestimmter komplexer Geometrien einschränkt.
Arten von Formgebungsverfahren
Schmieden
Beim Schmieden werden Materialien erhitzt, bis sie rotglühend sind, und dann in Form gehämmert. Bei industriellen Anwendungen wird anstelle eines Hammers eine Form verwendet, um das Material zu formen.
Beim Schmieden wird die Plastizität von Metallen wie Stahl und Aluminium ausgenutzt. Ein Metallbarren oder -zylinder wird mit erheblicher Kraft gehämmert oder gepresst, wodurch eine plastische Verformung verursacht wird, um die gewünschte Form zu erhalten. Es gibt zwei Hauptarten des Schmiedens: das Warmschmieden und das Kaltschmieden. Beim Warmschmieden wird das Material bei Eisenwerkstoffen auf ca. 1.100 °C bis 1.250 °C und bei Aluminiumwerkstoffen auf ca. 400 °C erhitzt. Beim Kaltschmieden hingegen wird das Material bei Raumtemperatur geschmiedet, obwohl es sich durch die Verformung erwärmen kann.
Der Hauptvorteil des Schmiedens besteht darin, dass die innere Struktur des Metalls verfeinert wird, die Kristallkörner ausgerichtet werden und die Festigkeit des Materials erhöht wird. Dieses Verfahren ist entscheidend für die Herstellung von Bauteilen, die eine hohe Haltbarkeit erfordern, wie z. B. Bauteile für die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt und Werkzeuge.
Hauptanwendungsgebiete des Schmiedens
Geschmiedete Produkte werden üblicherweise verwendet in:
- Bauteilen für die Automobilindustrie: Kurbelwellen, Pleuelstangen und andere kritische Bauteile.
- Bauteile für die Luft- und Raumfahrt: Triebwerksturbinen und Fahrwerke.
- Bauteile für Kraftwerke: Hauptwellen von Turbinen.
- Werkzeuge: Messer, Zangen und andere Handwerkzeuge.
Gießen
Das Gießen, eine weitere Methode zur Verarbeitung von Metallen wie Eisen und Aluminium, ist eine der ältesten bekannten Metallverarbeitungstechniken. Dabei wird geschmolzenes Metall in eine Form gegossen, wo es abkühlt und in der gewünschten Form erstarrt.
Beim Gießen wird Metall geschmolzen und in Formen gegossen, die aus Materialien wie Metall, Sand oder Gips bestehen. Mit dieser Methode lassen sich komplexe Formen leichter herstellen als beim Schmieden. Während Metallformen kostspielig sein können, sind Sand- und Gipsformen erschwinglicher und eignen sich für die Herstellung von Einzelstücken in geringen Stückzahlen. Allerdings sind für das Gießen umfangreiche Heizgeräte und Handhabungseinrichtungen erforderlich, was das Verfahren weniger flexibel macht und manchmal zu inneren Hohlräumen, den so genannten Poren, im Endprodukt führt. Gusseisen, das üblicherweise beim Gießen verwendet wird, ist aufgrund seines höheren Kohlenstoffgehalts relativ spröde im Vergleich zu geschmiedeten Produkten.
Hauptanwendungsgebiete des Gießens
Gießen ist ideal für die Massenproduktion komplexer Formen, wie z. B.:
- Bauteile für die Automobilindustrie: Motorblöcke, Getriebegehäuse und Radfelgen.
- Unterhaltungselektronik: Gehäuse für Computer und Kameras.
- Haushaltsgegenstände: Wasserkocher, Bratpfannen und Gullideckel.
Pressen
Beim Pressen werden Materialien mit Hilfe einer Form durch Druck in Form gebracht. Diese Methode, die für die Verarbeitung dünner Bleche weit verbreitet ist, findet auch bei anderen Materialien wie Papier und Kunststoff Anwendung.
Beim Pressen werden dünne Bleche, wie z. B. SPCC, durch Pressen in eine Form verformt. Diese Methode macht sich die plastischen Verformungseigenschaften von Metallen zunutze und unterscheidet sich vom Schmieden, bei dem in der Regel dickere Materialien verwendet werden. Zu den üblichen Metallen, die beim Pressen verwendet werden, gehören Stahl und Aluminiumlegierungen. Im Gegensatz zum Schmieden erfordert das Pressen im Allgemeinen weniger Kraftaufwand und wird bei Raumtemperatur durchgeführt.
Das Pressen ist eng mit der Blechbearbeitung verwandt. Bei beiden Verfahren werden dünne Bleche mit Hilfe von Formen verformt, aber das Pressen eignet sich besser für die Massenproduktion identischer Bauteile, wie z. B. Karosserieteile oder Raketenteile.
Hauptanwendungsgebiete vom Pressen
Das Pressen wird hauptsächlich für die Herstellung leichter und dünner Produkte verwendet, wie z. B.:
- Bauteile für die Luft- und Raumfahrt: Außenhüllen von Raketen und Flugzeugen.
- Bauteile für die Automobilindustrie: Karosserieteile und Türen.
- Unterhaltungselektronik: Waschmaschinentrommeln und Leuchtstoffröhrenarmaturen.
- Haushaltsgegenstände: Löffel, Münzen und andere Alltagsgegenstände.
Spritzgießen
Nach der Metallverarbeitung ist das Spritzgießen eine Schlüsseltechnik für die Formgebung von Kunststoffen und einigen Gummimaterialien. Dieser Abschnitt befasst sich mit dem Spritzgießen von Kunststoffen.
Beim Spritzgießen wird das Kunststoffharz geschmolzen und unter Druck in eine Form gespritzt. Das Material kühlt dann ab und verfestigt sich in der endgültigen Produktform. Die Rohmaterialien, in der Regel in Form von Pellets oder Pulver, können verschiedene Zusatzstoffe und Farbstoffe enthalten, um die Funktionalität des Produkts zu verbessern. Die Formen sind in der Regel aus rostfreiem Stahl oder Spezialmetallen gefertigt und mit Heiz- und Kühlsystemen ausgestattet, um eine präzise Temperaturkontrolle zu gewährleisten.
Das Spritzgießen hat insofern Ähnlichkeiten mit dem Gießen, als ein flüssiges Material in eine Form gegossen wird. Die verwendeten Materialien unterscheiden sich jedoch, und das Spritzgießen kann komplexe Verfahren wie das Two-Shot-Molding, bei dem zwei verschiedene Kunststoffe zu einem einzigen Bauteil gespritzt werden, oder das Insert-Molding, bei dem Metallbauteile vor dem Einspritzen in die Form gelegt werden, um ein Verbundprodukt herzustellen, ermöglichen.
Hauptanwendungsgebiete des Spritzgießens
Kunststoffprodukte, die für ihr geringes Gewicht und ihre Langlebigkeit bekannt sind, werden häufig im Spritzgussverfahren hergestellt. Zu den Anwendungen gehören:
- Haushaltsartikel: Geschirr, Schreibwaren, usw.
- Gefäße: Flaschen für Reinigungsmittel, Getränke usw.
- Spielzeuge: Gehäuse und innere Bauteile.
- Elektronik: Gehäuse und dekorative Bauteile.
Fazit
Bei Formgebungsverfahren wie Schmieden, Gießen, Pressen und Spritzgießen werden Formen verwendet, um Materialien zu formen. Sie sind ideal für die Massenproduktion identischer, hochwertiger Produkte. Die anfänglichen Kosten und der Zeitaufwand für die Herstellung von Formen können jedoch beträchtlich sein, so dass sich diese Verfahren weniger für die Produktion von Kleinserien und hohen Stückzahlen eignen. Die Kenntnis dieser Techniken ist für die Auswahl des richtigen Herstellungsverfahrens auf der Grundlage der Materialeigenschaften und Produktionsanforderungen unerlässlich.
