Was sind Produktionswerkzeuge? Details erklärt

„Produktionswerkzeuge sind die Strategie zur Herstellung präziser und langlebiger Werkzeuge für die Fertigung, hauptsächlich für den Spritzguss.“  

Für die Herstellung jeder Produktkomponente sind unterschiedliche Vorrichtungen, Vorrichtungen, Formen oder andere Verarbeitungswerkzeuge erforderlich. Hier der Begriff" Produktionswerkzeuge „bezeichnet die Anordnung aller für das Spritzgießen von Kunststoffteilen notwendigen Werkzeuge. Es ist eine der genauesten Arten von Werkzeuge in der Fertigung. 

Optimierte Werkzeuge sind wichtig für die Gesamteffizienz des Produktionszyklus und die Qualität der Endprodukte. Sie machen den Prozess stabil und präzise und stellen die gewünschten Spezifikationen für die Funktionalität sicher. 

In diesem Artikel wird ein Überblick über die verschiedenen Aspekte des Produktionswerkzeugprozesses gegeben, einschließlich der Vorteile, Alternativen und des Vergleichs mit Rapid-Tooling-Lösungen. 

Was sind Produktionswerkzeuge?

Die Produktionswerkzeuge befassen sich hauptsächlich mit den Werkzeuganforderungen von Spritzgießen Prozesse. Mit dem Formverfahren lassen sich großformatige Kunststoffteile oder -produkte kostengünstiger herstellen als mit anderen Verfahren. In der Zwischenzeit werden Spritzgussformen und andere Werkzeuge zum Formen benötigt.

Beispiele;

• Spritzgussformen
• Jigs
• Vorrichtungen
• Montagewerkzeuge
• Messgeräte prüfen

Dieser Werkzeugansatz ist der genaueste, da er eine Reihe von Tests erfordert, bevor ein Werkzeug fertiggestellt wird. Gleichzeitig ist es ein teures Werkzeug. Die Möglichkeit zur Massenproduktion senkt jedoch die Werkzeugkosten pro Teil erheblich, wenn das Produktionsvolumen steigt.

Der Hauptzweck der Produktionswerkzeugstrategie besteht darin, die effiziente Herstellung entworfener Kunststoffteile zu erleichtern. Dabei geht es um das Entwerfen, Herstellen, Testen und Fertigstellen von Spritzgusswerkzeugen.

Der Produktionswerkzeugprozess 

Der Produktionswerkzeugprozess umfasst verschiedene Phasen, da vor der Serienproduktion detailliertes Design und Prototyping erforderlich sind. Es beginnt mit der CAD-Konstruktion der Form und eines weiteren Werkzeugelements. Anschließend werden geeignete Herstellungsmethoden wie z CNC-Bearbeitung und Erodierbearbeitung führen den Entwurf aus.

1. Erstellung des Designs nach Bedarf

Dieser Schritt ist die Grundlage für die Werkzeugausstattung und den gesamten Herstellungsprozess. Dabei geht es um die Gestaltung des Endprodukts oder der Endkomponente sowie der erforderlichen Maschinen und Werkzeuge. Ingenieure und Designer verwenden Computerdesignsoftware, um CAD-Modelle zu erstellen. 

Darüber hinaus beeinflussen verschiedene Faktoren den Designprozess. Einige Faktoren sind die Geometrie des beabsichtigten Produkts, erforderliche Eigenschaften für die Funktionalität, Produktionsvolumen usw.

2. Materialauswahl für Formen und andere Werkzeuge

Das Formmaterial wird nach der Designerstellung ausgewählt. Hier sind die typischen Auswahlkriterien die erforderliche Haltbarkeit, die Art des zu formenden Materials, die Kosten, die physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die Wärmeleitfähigkeit usw.

Folglich gibt es drei beliebte Materialoptionen für Spritzgussformen: Aluminium, Stahl und Berylliumkupfer.  Jedes dieser Formmaterialien zeichnet sich in verschiedenen Produktionsszenarien aus und bietet einzigartige Eigenschaften. Beispielsweise ermöglicht die hohe Wärmeübertragungsrate von Aluminium die Produktion erheblich großer Mengen, wie dies mit einer Stahlform möglich ist. Gleichzeitig sind die Stahlformen wesentlich langlebiger als Aluminiumformen.

Die üblichen Materialien für den Formenbau sind:

• Aluminium
• Stahl
• Berylliumkupfer
• P20 Stahl
• H13-Stahl
• Gehärteter Stahl

Darüber hinaus werden die Formen häufig nach der Bearbeitung gehärtet, um ihre Oberflächenhärte durch Verfahren wie das Einsatzhärten zu erhöhen. Es verbessert die verschiedenen ursprünglichen Eigenschaften von Stahllegierungen wie Härte, Verschleißfestigkeit, Festigkeit und in einigen Fällen sogar die Oberflächenqualität. 

Die folgende Tabelle vergleicht die verschiedenen wesentlichen Eigenschaften von Produktionswerkzeugmaterial in drei Kategorien: Hoch, Mittel und Niedrig:

Tabelle: Spritzgussmaterialien 

3. Werkzeugherstellung

Dies ist der Schritt, in dem die eigentlichen Werkzeuge erstellt werden. Zur Ausführung des Entwurfs sind verschiedene Fertigungstechniken erforderlich, z. B. CNC, EDM, Schleifen und Drahtschneiden.

Drahterodieren

Jede Bearbeitungstechnik spielte eine andere Rolle bei der Herstellung von Produktionswerkzeugen. Mit der CNC-Bearbeitung werden beispielsweise komplexe Formen oder Gesenke mit hoher Präzision gefräst. Daher eignet sich EDM besonders gut zum Hinzufügen feiner Details zu Hartmetallen, die mit herkömmlichen Methoden schwer zu bearbeiten sind.

Darüber hinaus müssen die Oberflächen von Formhohlräumen, Stempeln und Vorrichtungen glatt sein. Daher werden kundenspezifisches Metallschleifen und andere Oberflächenbearbeitungstechniken eingesetzt, um die gewünschte Oberflächengüte zu erreichen. 

4. Test- und Prototypenwerkzeuge

Sobald die Form und andere Werkzeuge fertig sind, ist es wichtig, ihre Leistung und Effizienz zu testen, indem man sie in kompatible Geräte integriert. Dieses Stadium ist auch als bekannt Rapid-Tooling-Stufe. Es werden einige Muster der Endprodukte hergestellt und verschiedene Bereiche (z. B. ungleichmäßige Abnutzung und unerwartetes Materialverhalten) vor der endgültigen Herstellung auf Verbesserungen analysiert.

Darüber hinaus werden die Formen unter verschiedenen Bedingungen getestet, um ihre Leistung und Effizienz zu optimieren.

Was sind die Werkzeugkosten in der Fertigung?

Das Werkzeugkosten beziehen sich auf die Gesamtkosten, die mit dem Entwerfen, Erstellen und Warten der Werkzeuge für jede Fertigungsaufgabe verbunden sind. 

Es umfasst hauptsächlich;

• Designkosten
• Materialkosten
• Bearbeitungskosten
• Endbearbeitungskosten
• Montagekosten
• Versandkosten
• Variablen wie Komplexität, Präzisionsanforderungen, Durchlaufzeiten und andere versteckte Kosten 

Durch die Verteilung dieser Kosten auf eine große Produktmenge können jedoch die Produktionskosten pro Einheit gesenkt werden. Darüber hinaus wirkt sich auch die Präzision (Toleranzen) auf die Kosten aus. Hochpräzise Werkzeuge für Branchen wie Luft- und Raumfahrt und medizinische Geräte erfordern oft enge Toleranzen. Dadurch steigen die Werkzeugkosten.  

Wichtige Punkte für die Produktionswerkzeugkosten

• Hohe Vorabkosten für Design, Materialien und Werkzeugherstellung. Große Stückzahlen können die hohen Anfangskosten rechtfertigen, indem sie die Stückkosten senken.
• Komplexere Designs erhöhen die Kosten aufgrund fortgeschrittener Bearbeitungs- und Präzisionsanforderungen.
• Die Notwendigkeit, Werkzeuge aufgrund von Verschleiß auszutauschen, wirkt sich langfristig auf die Werkzeugkosten aus. 
• Die Kosten können durch die Integration fortschrittlicher Technologien wie Sensoren und Steuerungssysteme steigen. 

Was sind die Vorteile von Produktionswerkzeugen in der Fertigung? 

• Haltbarkeit der Werkzeuge 

Durch den Einsatz hochwertiger Materialien und einen detailorientierten Fertigungsansatz entstehen äußerst langlebige Werkzeuge für Fertigungsprozesse, sei es eine Spritzgussform oder ein Stanzwerkzeug. Dadurch halten die Produktionswerkzeuge bei ordnungsgemäßer Wartung bis zu Millionen Produktionszyklen stand.

• Durchgehende Qualität

Diese Präzisionswerkzeuge stellen sicher, dass jedes produzierte Bauteil strenge Maß- und physikalische Spezifikationen erfüllt. Dadurch werden in allen Chargen einheitliche Artikel hergestellt. Diese Konsistenz ist bei Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen die geringste Abweichung zu erheblichen Funktionsproblemen führen kann. Zum Beispiel Automobil- und Luftfahrtkomponenten.

• Produktionseffizienz

Produktionswerkzeuge maximieren die Fertigungseffizienz. Der Grund dafür ist, dass Werkzeuge mit Funktionen wie Formen mit mehreren Kavitäten oder komplexen Formen, die mehrere Vorgänge gleichzeitig ausführen, individuell angepasst werden können. Dadurch werden die Zykluszeiten und die Gesamteffizienz verkürzt.

• Niedrigere Werkzeugkosten pro Einheit

Obwohl die Anfangsinvestition in Produktionswerkzeuge höher ist als bei anderen Werkzeugmethoden, sind die Werkzeugkosten pro Einheit aufgrund der höheren Produktionskapazität erheblich niedrig. 

• Technologische Integration

Moderne Produktionswerkzeuge können fortschrittliche Technologien wie Automatisierung, Sensoren und Steuerungssysteme integrieren. Diese Integrationen ermöglichen eine Echtzeitüberwachung und Anpassungen während des Produktionsprozesses.

Andere Werkzeuglösungen: Alternativen zu Produktionswerkzeugen 

Wie wir besprochen haben, handelt es sich beim Produktionswerkzeugprozess um einen umfassenden Ansatz zur Herstellung von Werkzeugen für den Spritzguss sowie für andere Fertigungstechniken. Allerdings werden branchenübergreifend auch einige andere Werkzeuglösungen eingesetzt: Rapid Tooling und Bridge Tooling.

1. Rapid Tooling

Bei Kleinserien und Prototypen von Endteilen könnten die Produktionswerkzeuge deutlich teurer sein. In der Zwischenzeit, Schnelles Werkzeug oder Prototyping-Werkzeuge reduzieren die Kosten und den Zeitaufwand für Werkzeuge zum Formen, Stanzen, Stanzen und anderen Prozessen erheblich. 

Manchmal müssen Hersteller oder Produktdesigner das bestehende Produkt optimieren oder neue Komponenten entwickeln. Zu diesem Zeitpunkt möchten sie nicht viel in Werkzeuge investieren. Rapid Tooling bietet also die beste Option zu geringen Kosten. Wenn wir uns speziell die Spritzgusswerkzeuge ansehen, ist Aluminium das übliche Metall für Formen und Stahl für andere Werkzeuge. 

Die wichtigsten Punkte: 

• Die Herstellung von Prototypenwerkzeugen ist viel schneller als herkömmliche Werkzeuge. Es verkürzt die Zeit vom Entwurf über den Prototyp bis zur Produktion.
• Die niedrigen Werkzeugkosten kommen der Kleinserienfertigung oder Prototypenserien zugute.
• Durch gründliche Tests wird das Risiko potenzieller Mängel oder Probleme vor der Inbetriebnahme von Werkzeugen in Originalgröße verringert.
• Mit dem Rapid-Tooling-Prozess ist es einfacher, Änderungen und Modifikationen vorzunehmen.

2. Brückenwerkzeuge

Diese Strategie bzw. Werkzeuglösung liegt im Mittelfeld, wenn wir Kosten und Produktionszeit mit Schnell- und Produktionswerkzeugen vergleichen. Wie der Name schon sagt, verbindet es die Prototyping-Phase mit Serienläufen. Daher wird es in Situationen eingesetzt, in denen Hersteller die Möglichkeit von Designänderungen vermuten.

Nehmen wir ein Beispiel für Brückenwerkzeuge für ein Spritzgussprojekt. Sobald die Prototypen validiert sind, möchten die Hersteller einige beträchtliche Mengen an Formen produzieren, jedoch nicht in großen Mengen. Der Grund dafür ist, dass sie nicht sicher sind, wie der Markt reagieren wird, und dass das Produkt nach einiger Zeit möglicherweise angepasst werden muss.

Die wichtigsten Punkte:

• Es beschleunigt den Übergang von der Produktentwicklung zum Markteintritt.
• Die Brückenwerkzeuge sind kostengünstiger als permanente oder Produktionswerkzeuge. Dadurch ist es bei moderaten Produktionsmengen kostengünstig.
• Hersteller können das Produktdesign basierend auf frühem Kundenfeedback und realen Nutzungsdaten anpassen.
• Es reduziert finanzielle und betriebliche Risiken, indem es frühzeitige Markttests zu angemessenen Kosten ermöglicht.

Rapid Tooling vs. Produktionswerkzeuge 

Bei diesen beiden Werkzeugprozessen handelt es sich um unterschiedliche Strategien zur Herstellung von Werkzeugen für unterschiedliche Produktionsanforderungen und -szenarien. Beim Rapid Tooling handelt es sich um einen schnellen Werkzeugprozess, der mit geringeren Kosten verbunden ist. Andererseits sind Produktionswerkzeuge die raffinierteren und langlebigeren Werkzeuge.

Die folgenden Tabellen zeigen die wichtigsten Unterschiede zwischen Rapid Tooling und Production Tooling in der Fertigung;

Tabelle: Rapid vs. Production Tooling 

Benötigen Sie Produktionswerkzeuglösungen aus China?

China ist ein beliebtes Ziel für verschiedene Fertigungslösungen, einschließlich Produktionswerkzeugen. Die starke Materiallieferkette und die fortschrittlichen Fertigungsanlagen chinesischer Hersteller können präzise Lösungen zu erschwinglichen Kosten liefern.

ProleanTech ist ein in China ansässiges Produktionsunternehmen, das Folgendes anbietet: Produktion Werkzeugservice und andere verschiedene On-Demand-Fertigungsdienstleistungen. Wir verfügen über eine eigene Produktionsfabrik mit CNC-Bearbeitung, EDM, Schleifen und weiteren über 10 Einrichtungen, um Werkzeuge für ein breites Spektrum an Anforderungen bereitzustellen.

Darüber hinaus können wir Ihre Formen und andere Werkzeuge mit unserer modernen Ausrüstung testen. Es wird Ihnen helfen, ihre Wirksamkeit entsprechend Ihren Bedürfnissen zu optimieren. Senden Sie uns also Ihr Design und Ihre Spezifikationen für ein genaues Angebot. 

Mehr lesen: Aluminiumextrusion erklärt: Werkzeuge und Prozesse 

Summieren 

Insgesamt sind Produktions- oder Komplettwerkzeuge die beste Option für die Großserienfertigung. Die langlebigen Werkzeuge und Halterungen, die mit einer Produktionswerkzeugstrategie gebaut wurden, gewährleisten höchste Präzision und Langlebigkeit. Obwohl es kostspieliger als andere Werkzeuge ist, ist es aufgrund der Fähigkeit zur Produktion großer Mengen auf lange Sicht kosteneffektiv. 

Darüber hinaus gibt es noch andere Ansätze Produktionswerkzeuge: Brückenwerkzeuge und Schnellwerkzeuge. Das Rapid Tooling eignet sich vor allem für Kleinserien und Prototyping-Projekte. 

FAQs

Warum ist Werkzeug wichtig?

Die Werkzeugausstattung definiert die Qualität, Konsistenz und Effizienz von Herstellungsprozessen. Es stellt sicher, dass die vorgesehenen Teile bestimmte Standards erfüllen.

Welche verschiedenen Arten von Werkzeuglösungen gibt es?

Die gängigen Arten von Werkzeuglösungen sind Schnellwerkzeuge, Brückenwerkzeuge und Produktionswerkzeuge.

Wie lassen sich Qualität und Kosten von Produktionswerkzeugen in Einklang bringen?

Sie können je nach Produktionsvolumen und Teilekomplexität geeignete Materialien und Präzisionsstufen für die Werkzeuge auswählen. Wählen Sie beispielsweise langlebige Werkzeuge für große Stückzahlen, während Schnell- oder Brückenwerkzeuge für kleine Stückzahlen geeignet sind. 

Wie wirkt sich die Formoberfläche auf die Qualität des Endprodukts aus?

Insbesondere die erste Ebene der Oberfläche der Formhohlräume wirkt sich direkt auf das Finish und andere Qualitäten des Endprodukts aus. Die glatte Hohlraumoberfläche sorgt für eine bessere Oberflächenqualität der Formteile.