Was ist Formpressen?

In diesem Artikel untersuchen wir, was Formpressen ist, welche wichtigen Merkmale die verwendeten Formen aufweisen, welche Materialien geeignet sind und welche Vor- und Nachteile das Verfahren bietet. Wir beleuchten außerdem die vielfältigen Anwendungsfälle des Formpressens und vergleichen es mit anderen Formgebungsverfahren. Lesen Sie weiter und entdecken Sie eines der ältesten noch angewandten Formgebungsverfahren.

Was ist Formpressen?

Das Formpressen ist ein Produktionsverfahren, bei dem ein beidseitig beheiztes Formwerkzeug (oben und unten) verwendet wird, um ein formbares Material in die durch das Werkzeug vorgegebene Form zu pressen. Sowohl Hitze als auch Druck sind wichtige Aspekte des Formpressverfahrens.

Durch die Wärme kann das für das Formpressen verwendete Material je nach Materialart schmelzen oder aushärten. Der Druck sorgt dafür, dass das erweichte Material gleichmäßig in die Formhohlräume fließt.

Wie der Name schon sagt, spielen Kompressionskräfte bei diesem Formgebungsverfahren eine entscheidende Rolle. Die Presskräfte der eingesetzten Pressen können bis zu 2500 Tonnen betragen. Das Formpressen ist ein hervorragendes Fertigungsverfahren für die Massenproduktion.

Der Formpressprozess

Das Formpressverfahren weist je nach Materialart einige Variationen auf. Der Hauptprozess lässt sich jedoch in sechs grundlegende Schritte unterteilen.

Schritt 1: Vorbereiten der Maschine zum Formen

Es gibt verschiedene Arten von Formpressanlagen , die jedoch alle vor Beginn eines Produktionszyklus vorbereitet werden müssen. Dies kann beispielsweise folgende Maßnahmen umfassen:

• Reinigung der Form
• Sprühen a Trennmittel 
• Den Herd einschalten und die Form vorheizen
• Platzieren von Einlagen usw.

Diese Maßnahmen sind unerlässlich. Das Auslassen eines Schritts kann zu einem defekten oder beschädigten Teil führen.

Schritt 2: Messen und Laden des Aufgabematerials

Die Menge des beim Formpressen verwendeten Kunststoffmaterials muss präzise abgemessen werden. Dies trägt zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Produktqualität bei. Zu viel Material in der Form kann verschiedene Probleme verursachen, darunter:

• Zu viel Blitz, der abgeschnitten werden muss
• Herausforderungen bei der Entformung
• Beschädigte Formen
• Geringe Dimensionsgenauigkeit

Andererseits kann zu wenig Material dazu führen, dass ein Bauteil nicht die richtige Dichte aufweist , eine schlechte Oberflächenqualität hat oder sogar Materiallücken aufweist.

Sobald die korrekte Materialmenge abgemessen ist, wird sie in den Formhohlraum gefüllt. Das Formmaterial kann vor dem Einfüllen in die Form vorgewärmt werden. Dies kann dazu beitragen, die Zykluszeit zu verkürzen.

Schritt 3: Schließen der Form/Komprimieren des Materials

Sobald das Material eingefüllt ist, wird die Form geschlossen, um den Druck auszuüben, der das Material in jeden Bereich des Formhohlraums presst. In diesem Stadium kann der Form auch Wärme zugeführt werden, um das Material zu erweichen oder die Aushärtung von Duroplasten zu unterstützen.

Das Schließen der Form erfolgt mit einer vordefinierten Geschwindigkeit, um kürzere Zykluszeiten zu ermöglichen. Die Geschwindigkeit darf jedoch nicht zu hoch sein, da sonst das Material aus dem Formhohlraum verdrängt werden kann.

Schritt 4: Aushärten oder Abkühlen

Nach dem Schließen der Form wird das Material für eine bestimmte Zeit, typischerweise 1–5 Minuten, fixiert. Bei einem Duroplast findet in dieser Zeit die Aushärtung statt. Die Aushärtung ist der Prozess, bei dem es zur Vernetzung des Polymers kommt, wodurch ein festes Bauteil mit spezifischen Eigenschaften entsteht.

Bei Thermoplasten wird das geformte Teil innerhalb der Form während dieser Zeit so lange abgekühlt, bis es hart genug ist, um unbeschädigt entnommen werden zu können.

Schritt 5: Entformen

In diesem Schritt wird die Form geöffnet und das Formteil entnommen. Auswerferstifte und andere mechanische Systeme können dabei helfen. In manchen Fällen kann das Entformen auch von Hand erfolgen.

Manche Teile erfordern einen komplizierteren Entformungsprozess als andere. Beispielsweise müssen bei einem mit Einsätzen geformten Teil die Einsätze während des Entformungsprozesses entfernt werden.

Schritt 6: Nachbearbeitung

Nachdem ein Teil aus der Form entnommen wurde, sind unter Umständen noch einige Bearbeitungsschritte nötig, bevor es als fertig gilt. Das Entfernen von überschüssigem Material oder Grat ist in dieser Phase üblich. Andere Teile müssen möglicherweise wärmebehandelt werden, um innere Spannungen abzubauen, oder gereinigt werden.

Formdesign im Formpressen

Der Erfolg beim Formpressen beginnt mit der Entwicklung der passenden Form für Ihr Bauteil. Die Mechanik des Formpressens setzt den möglichen Eigenschaften eines Bauteils gewisse Grenzen. Es ist wichtig, diese Grenzen zu kennen, um sicherzustellen, dass das entworfene Bauteil auch hergestellt werden kann.

Wählen Sie einen erreichbaren Komplexitätsgrad

Mit Kompressionsformmaschinen lassen sich Teile mit komplexen Designs herstellen , was den Prozess jedoch anspruchsvoller macht.

Komplexe Konstruktionen können den Prozess um mehrere Schritte verlängern . Sie können außerdem den Materialfluss erschweren und dazu führen, dass das Material nicht alle Bereiche der Form erreicht. Zusätzliche Schritte bedeuten längere Produktionszyklen und höhere Kosten, während ein unzureichender Materialfluss zu Bauteilfehlern führen kann.

Der Formenkonstrukteur sollte über die Erfahrung verfügen, einen Entwurf zu erstellen , der komplexe Teile erzeugt, ohne die Herstellbarkeit des Endprodukts wesentlich zu beeinträchtigen.

Erleichtern Sie den Teileauswurf

Die einfache Auswurfbarkeit der Teile sollte bei der Konstruktion eines Bauteils berücksichtigt werden, da schwer auszuwerfende Teile folgende Probleme verursachen können :

• Lange Zykluszeiten
• Schlechte Oberflächenbeschaffenheit
• Bruch beim Auswerfen

Zwei Faktoren, die das Auswerfen von Teilen erleichtern, sind die Verwendung von Entformungsschrägen bei der Gestaltung der Form und die Vermeidung von Hinterschneidungen. 

Wählen Sie eine geeignete Wandstärke

Sowohl dicke als auch dünne Wände können bei Formteilen Probleme verursachen. Dicke Wände neigen zur Bildung von Lufteinschlüssen. Dies wird dadurch verursacht, dass die äußeren Wandabschnitte deutlich schneller abkühlen als die inneren.

Dünne Wände sind nicht fest genug, um den durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Verformungskräften zu widerstehen. Sie neigen eher dazu, sich beim Abkühlen eines Bauteils zu verziehen oder auf andere Weise zu verformen.

Diese Herausforderungen erfordern, dass die Werkzeugkonstruktion eine optimale Wandstärke basierend auf den strukturellen Anforderungen des Bauteils und dem Materialfluss wählt. Rippen werden häufig eingesetzt, um stabile Bauteile ohne dicke Wandabschnitte zu erzielen.

Betrachten Sie das Material

Unterschiedliche Materialien verhalten sich beim Formpressen unterschiedlich . Manche fließen nicht so leicht wie andere. Andere erwärmen oder kühlen langsamer oder schneller ab. Einige Materialien dehnen sich in bestimmten Prozessphasen auch aus oder ziehen sich zusammen.

Bei der Konstruktion der Form müssen solche Gegebenheiten berücksichtigt werden, um die Herstellung fehlerhafter Teile oder Teile mit falschen Abmessungen zu vermeiden.

Design für die Ewigkeit

Das Formpressen zählt zu den Verfahren der Massenproduktion . Das bedeutet, dass die verwendete Form eine lange Lebensdauer haben und für viele Teile verwendet werden muss.

Um dies zu gewährleisten, sollte die Form so konstruiert sein, dass die schädlichen Auswirkungen hoher Temperaturen und Drücke minimiert werden.

Teile der Form, die leichter beschädigt werden können, sollten so konstruiert sein, dass sie sich leicht reparieren lassen. Dadurch werden Ausfallzeiten reduziert, falls diese Teile ausgetauscht oder repariert werden müssen.

Materialien zum Formpressen

Das Formpressen ist eines der wenigen Fertigungsverfahren, das sowohl für Duroplaste als auch für Thermoplaste geeignet ist . Dadurch erweitert sich die Produktpalette, die mit diesem Verfahren hergestellt werden kann, erheblich. Zu den gängigen Materialien zählen Silikon, Epoxidharz und HDPE.

Silikon

Silikon ist ein erstaunlicher, elastischer Werkstoff, der in vielen Anwendungsbereichen Naturkautschuk ersetzt . Es bietet eine bessere Temperaturbeständigkeit und eignet sich hervorragend als Isolator. Zudem ist es langlebiger als Gummi und kann sowohl in medizinischen als auch in lebensmittelrelevanten Anwendungen eingesetzt werden.

Silikon eignet sich hervorragend für das Formpressen, da es leicht fließt und somit die Form gut ausfüllt. Silikon wird häufig zur Herstellung von Dichtungen, Dichtringen und Teilen für medizinische Geräte verwendet.

PU

PU, auch bekannt als Polyurethan , wird zur Herstellung von Bauteilen mit hoher Schlagfestigkeit , Abriebfestigkeit und Zähigkeit verwendet. Je nach Zusammensetzung kann ein PU-Bauteil vielfältige physikalische Eigenschaften aufweisen.

Dieser Duroplast ist leicht fließend und kann durch Formpressen zur Herstellung von Rädern, Dichtungen, Rollen usw. verwendet werden.

HDPE

Hochdichtes Polyethylen ist ein thermoplastischer Kunststoff, der leicht schmilzt und im geschmolzenen Zustand gut fließt. Er eignet sich für das Formpressen von relativ komplexen Teilen. Dieser Werkstoff zeichnet sich durch sehr gute Dimensionsstabilität und Schlagfestigkeit aus.

Formpressen wird zur Herstellung von HDPE-Teilen für Industrie- und Automobilanwendungen eingesetzt.

Epoxy

Ausgehärtete Epoxidharzteile sind sehr fest und langlebig. Sie eignen sich für elektrische Isolierungen und sogar für Bauteile in der Luft- und Raumfahrt. Im ungehärteten Zustand fließt das Harz leicht und füllt Formhohlräume gut aus.

Epoxidharzteile halten hohen Temperaturen stand und weisen eine hervorragende Dimensionsstabilität auf.

PTFE

Polytetrafluorethylen (PTFE ) besitzt hervorragende Antihafteigenschaften und ist zudem sehr chemikalienbeständig. Aufgrund seiner guten Fließfähigkeit eignet sich PTFE gut für das Formpressen . Lager, Dichtungen und Bauteile für die elektrische Isolierung lassen sich aus PTFE herstellen.

Vergleich mit anderen Formverfahren

Formpressen und Spritzgießen werden häufig verglichen, da beide Verfahren Formen verwenden. Obwohl es erhebliche Überschneidungen gibt, unterscheiden sich diese beiden Fertigungsmethoden deutlich und dienen in der Regel unterschiedlichen Produktionsanforderungen.

Offene vs. geschlossene Form

Beim Formpressen wird ein offenes Formdesign verwendet. Das Material wird in den freiliegenden Formhohlraum eingebracht, bevor sich der obere Teil der Form darüber schließt. 

Beim Spritzgießen hingegen wird eine geschlossene Form verwendet . Das Material wird in eine bereits geschlossene Form eingespritzt. Es gibt Kanäle für die Materialzufuhr und die Entlüftung.

Teiledesign

Die offene Bauweise der beim Formpressen verwendeten Formen macht dieses Verfahren ideal für die Herstellung großer Teile mit unkomplizierten Geometrien, z. B. Karosserieteile. So lassen sich beispielsweise Stoßfänger für Autos problemlos fertigen.

Durch die geschlossene Bauweise von Spritzgussformen eignet sich dieses Verfahren hervorragend zur Herstellung von Teilen mit komplexeren Designs. Das Material wird unter hohem Druck in die Form eingebracht, wodurch es komplexe Formen annehmen kann .

Einrichtungskosten

Die Einrichtung einer Spritzgießanlage ist in der Regel teurer als die einer Formpressanlage. Die Werkzeugkosten sind recht hoch, da die Werkzeuge den hohen Drücken des Spritzgießprozesses standhalten und die Prozessparameter präzise steuern müssen.

Die Werkzeuge für das Kompressionsformen sind nicht so teuer, weshalb es sich bei kleineren Produktionsmengen besser eignet.

Zykluszeiten

Die Dauer von Kompressionsformzyklen liegt zwischen einer und sechs Minuten. Einige Spritzgießzyklen hingegen können nur zwei Sekunden dauern.

Es gibt Fälle, in denen die Produktionszeiten beim Spritzgießen über eine Minute betragen, aber im Allgemeinen ist es ein schnelleres Verfahren und eine ausgezeichnete Wahl für die Massenproduktion.

Dieser Unterschied in den Zykluszeiten ergibt sich daraus, dass Spritzgießverfahren in der Regel vollautomatisiert ablaufen, während Formpressen manuell erfolgen kann, da die Teile vor dem Auswerfen aushärten müssen. Auch das Beladen mit Material und das Auswerfen der Teile können beim Formpressen manuell erfolgen.

Maß an Präzision

Das Spritzgießverfahren ist im Vergleich zum Pressformen deutlich präziser . Die für das Spritzgießen verwendeten Formen bestehen aus sehr robusten Materialien. Dadurch treten seltener Defekte auf, die Form und Abmessungen der Teile beeinträchtigen könnten.

Der Präzisionsgrad ist so hoch, dass spritzgegossene Teile möglicherweise keiner Nachbearbeitung bedürfen.

Materialoptionen

Obwohl Spritzgussverfahren mit vielen Materialien gut funktioniert, stellt das Formpressen einen Sonderfall dar, da es mit Bulk Molding Compound (BMC) oder Sheet Molding Compound (SMC) arbeiten kann. Diese Materialien enthalten geschnittene Fasern und eignen sich zur Herstellung von Verbundbauteilen.

Beim Spritzgießen können solche Materialien nicht verwendet werden und es ist nicht für die Herstellung von Teilen aus Verbundwerkstoffen geeignet.

Vor- und Nachteile des Formpressens

Das Formpressverfahren hat sich über mehr als ein Jahrhundert bewährt. Dies liegt an seinen Vorteilen , zu denen unter anderem Folgendes gehört:

• Geringere Werkzeugkosten: Die für das Formpressen benötigte Ausrüstung, wie beispielsweise Hydraulikpressen, ist nicht so komplex wie die für das Spritzgießen. Dadurch ist die Inbetriebnahme eines Formpressvorgangs kostengünstiger.

• Besser für die Produktion kleiner Stückzahlen: Die geringeren Kosten für Formpresswerkzeuge eignen sich besser für kleine Produktionsmengen. Dies liegt daran, dass weniger Produkte benötigt werden, um die Gewinnschwelle zu erreichen. 

• Ideal für große Gegenstände: Die wichtigsten limitierenden Faktoren in Bezug auf Größe und Gewicht der im Formpressverfahren hergestellten Teile sind die Tonnage und die Größe der Presse. Daher wird das Formpressen im Vergleich zum Spritzguss und anderen Verfahren häufig zur Herstellung größerer Teile eingesetzt.

• Einfügungen sind möglich: Beim Insert-Molding handelt es sich um das Umformen eines Materials über ein anderes. Dies ist beim Formpressen möglich, wenn die richtigen Methoden und Werkzeuge verwendet werden.

• Starke Teile: Durch Formpressen entstehen dichte Teile, die dank der dabei eingesetzten großen Druckkräfte recht robust sind.

• Materialverträglichkeit: Das Kompressionsformen ist mit vielen verschiedenen Materialarten kompatibel, einschließlich faserverstärkten Verbundwerkstoffen.

Dieses Herstellungsverfahren ist nicht immer für alle Produkte geeignet. Zu den Nachteilen des Formpressens gehören:

• Teilekomplexität: Der durch Formpressen erreichbare Komplexitätsgrad ist nicht gering, kann jedoch mit dem Spritzguss und einigen anderen Verfahren nicht mithalten.

• Produktionszeiten: Die Produktionszeiten beim Formpressen sind länger als beim Spritzguss.

• Nachbearbeitung: Ohne die richtigen Maßnahmen kann Gratbildung beim Formpressen ein erhebliches Problem darstellen. Das überschüssige Material muss entfernt werden, was kostspielig sein kann.

Die Anwendungen des Formpressens

Durch Formpressen kann eine breite Palette von Teilen aus thermoplastischen und duroplastischen Polymeren hergestellt werden. Einige Beispiele hierfür sind:

• Elektronische Teile: Steckdosen, Frontplatten, Schalter und andere elektrische Komponenten können durch Formpressen hergestellt werden.

• Elektronische Geräte: Mit dieser Technik können Teile von Tastaturen, Gamecontrollern usw. hergestellt werden.

• Autoteile: Mittels Formpressen können große Bleche und andere Fahrzeugteile hergestellt werden. 

• Teile für medizinische Geräte: Atemschutzmasken und andere medizinische Geräte werden im Formpressverfahren hergestellt.

Fazit

Das Formpressen ist zwar nicht so ausgefeilt wie das Spritzgießen, aber es bleibt die beste Methode zur Herstellung bestimmter Produktarten.

Dieses Herstellungsverfahren ist einfach, und die Materialien werden sogar manuell in die Form eingelegt. Trotz seiner Einfachheit entstehen so Produkte mit sehr hoher Festigkeit und guter Oberflächengüte ; selbst komplexe Geometrien lassen sich damit realisieren.

Das Formpressen funktioniert heute mit vielen duroplastischen und thermoplastischen Materialien und die Produkte des Formpressens werden in zahlreichen Branchen eingesetzt. 

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