Was ist Formenbau?
Gussteile, die in der Industrie aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt werden, benötigen im Verlaufe ihres Herstellungsprozesses eine Gussform, in die sie gegossen werden können, um darin auszuhärten und dann weiter bearbeitet zu werden. Für die Herstellung dieser Metallrohlinge oder Kunststoffrohlinge durch Gießen werden entsprechende Gussformen (auch als Kokillen bezeichnet) benötigt. Die Herstellung dieser Gussformen wird als Formenbau bezeichnet.
Arten der Formen: die Dauerform und die Verlorene Form
Der Formenbau kennt dabei verschiedene Arten von Formen. Zunächst wird in Dauerformen und in sogenannte Verlorene Formen unterschieden. Dauerformen können für zahlreiche aufeinander folgende Gussvorgänge verwendet werden und finden daher vor allem in der Serienproduktion von Gussteilen Verwendung. Um hohe Stückzahlen im Verlaufe des Gießens zu gewährleisten, bestehen solche Gussformen oft aus Werkzeugstahl. Es sind allerdings auch Gussformen aus Schamotten, aus Kupfer oder aus Beton im industriellen Gebrauch. Bei der Produktion von Kleinserien werden heute auch Formen aus Holz oder aus Gips verwendet. Die sogenannte Verlorene Form ist im Gegensatz zur Dauerform eine Form, die lediglich für den einmaligen Gebrauch geeignet und bestimmt ist und die während des Gusses zerstört wird oder nach dem erfolgten Guss zerstört werden muss, um den gegossenen Rohling zur Weiterbearbeitung zu bergen. Verlorene Formen können beispielsweise aus Sand und Bindemitteln, aus Ton oder auch aus Wachs bestehen.
Bestandteile von Formen
Metallformen können aus dutzenden von Einzelteilen bestehen und zusammen gesetzt sein. In der Regel verfügt jedoch die Form über 3 Bestandteile. Dies sind die Matrize, der Kern und die Kavität. Die Matrize bildet bei einer Metallform die sogenannte Mutterform. Sie ist das exakte Negativ des später zu gießenden Rohlings, der in ihr erstarrt. Die Innenform der Matrize bildet der sie ausfüllende Kern. Er wird vor dem Guss entfernt. Kern und Matrize bilden zusammen die Hohlform, die Kavität. Mitunter wird die komplette Form auch als Model bezeichnet. Fast alle modernen Gussformen lassen sich heute in die sogenannte Düsenseite und in die Auswerferseite unterteilen. Beide Hälften bilden mit ihrer jeweiligen Kontur die exakte Negativform des späteren Gussstückes, das in ihnen erstarrt. Während des Gießvorganges werden diese beiden Formhälften durch die Gießmaschine mit dem flüssigen Rohmaterial gefüllt. Nach der Erstarrung trennt die Gießmaschine beide Formhälften voneinander, wobei der erstarrte Rohling in der Ausstoßerseite verbleibt und dann von dieser ausgeworfen wird. Eine charakteristische Form besteht demzufolge aus einer Aufspannplatte, aus einer Formplatte für die Angussseite, aus einer weiteren Formplatte für die Austossseite, aus Distanzleisten, Auswerferplatten, einer Aufspannplatte und aus Anschlüssen für die Bohrungen. Dauerformen für hohe Stückzahlen von Gießlingen oder für die Serienproduktion von Gießlingen bestehen heute meist aus Werkzeugstahl.
Der Stahlformenbau
Ihre Herstellung wird als Stahlformenbau bezeichnet und bildet eine Disziplin der industriellen Fertigung, die dem Werkzeugbau besonders nahe verwandt ist. Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit dieser Formen für die Serienproduktion zu erzielen, bestehen sie heute meist nicht mehr aus Hartmetall, sondern aus gehärtetem oder auch aus speziell vergütetem Werkzeugstahl. Die Einarbeitung der sehr exakten Formenkonturen in den Werkzeugstahl erfolgt auf der Basis von Konstruktionszeichnungen und exakter NC-Daten entweder durch diverse Arten von Werkzeugmaschinen oder sogar noch von Hand. Dadurch ist die Herstellung dieser Dauerformen entsprechend teuer und aufwändig. Die fertige End-Form dient dann letztendlich dazu, ein formloses Material durch die Gussform in eine bestimmte und jeweils gewünschte Form zu bringen. Dieses formlose Material kann aus weichen Matten bestehen. Es kann jedoch auch ein Granulat von unterschiedlicher Losgröße und Struktur, aber auch eine Schmelze sein.
Spritzen, Pressen und Gesenkschmieden
Das Material wird auf unterschiedliche Art und Weise in die Form eingebracht. Eine Variante hierzu ist der sogenannte Mineralguss, bei dem mineralische Füllstoffe in die Gussform eingebracht werden, um dort zu erkalten und zu erstarren. Das Spritzgießen dient hingegen der Verarbeitung und Formgebung plastischer Schmelzen, beispielsweise wird es angewendet für Thermoplast-, Duroplast- und Elastomer-Teile. Über das Verfahren des Druck-Gießens werden nichtmetallische Werkstoffe in Formen gebracht. Dies sind beispielsweise Nichteisen-Legierungen, aber auch Aluminium, auch Magnesium und Zink. Beim Spritzpressen wird eine Formmasse durch einen Kolben in eine zusätzlich oft noch beheizte Form gepresst. Beim Faserspritzen werden Glasfaserteile und eine Harzmasse in eine Form gebracht und unter Druck verpreßt. Beim Formpressen wird eine Formmasse in die Kavität eingebracht und anschließend gemeinsam mit dieser erhitzt. Das Strangpressen dient der Bearbeitung und Formgebung von Metallen und Legierungen. Das Gesenkschmieden ist ein klassisches spanloses Umform-Verfahren für Metalle, was beispielsweise bei der Herstellung von Bauteilen für den Maschinen-, Anlagen-, Fahrzeug- Flugzeug- und auch für den Schiffbau Anwendung findet. Alle Metalle und Metall-Legierungen eignen sich für diese Form der Verarbeitung.