Die Wahl der richtigen Werkzeugmethode hängt von Ihrem Budget, der Teilekomplexität, der Materialart, dem Produktionsvolumen und dem Zeitplan ab. In diesem Artikel erfahren Sie leicht den Hauptunterschied zwischen Hart- und Weichwerkzeugen. Sie können die beste Werkzeugmethode für Ihre Herstellungsprozesse auswählen, nachdem Sie die Einschränkungen und Stärken von Hart- und Weichwerkzeugmethoden verstanden haben.

Was ist Werkzeugbau in der Fertigung

Im Herstellungsprozess bezieht sich die Werkzeugmethode auf den Prozess der Entwicklung eines Designs und der anschließenden Herstellung präziser Werkzeuge, Vorrichtungen, Formen und Matrizen für die Teileproduktion. Diese präzisen und flexiblen Werkzeuge werden hergestellt, um Rohmaterial durch Formen, Schneiden und Gestalten in das gewünschte Produkt umzuwandeln.

Softtooling

Soft-Tooling, auch als flexibles Tooling bekannt, wird aus weichen und dehnbaren Materialien wie Aluminium, Silikon, Glasfaser und Kohlefaser hergestellt. Zur Herstellung von Soft-Tooling werden Master-Muster verwendet, anstatt Metalle zu bearbeiten. Bei der Produktion kleiner Stückzahlen dient Soft-Tooling auch als Prototyp. Soft-Tooling bietet langfristige Haltbarkeit, ist flexibles Tooling und kostengünstig.

Was ist ein Beispiel für ein Soft Tool?

Zu den weichen Werkzeugen für Herstellungsprozesse gehören Silikon-, Kohlefaser- und Glasfaser-Formen sowie Aluminium-Formen, die für Spritzguss- und Urethan-Gussverfahren entwickelt wurden [4].

Eine Aluminiumform für den Spritzguss ist ein Beispiel für Soft Tooling.

Harte Werkzeuge

Unter Hartwerkzeugen versteht man Formen aus hartem und haltbarem Material für den Herstellungsprozess. Zu den Hartwerkzeugmaterialien gehören Stahl oder Nickellegierungen. Diese Werkzeuge sind kostengünstige Werkzeuge, mit denen große Teile ohne Austausch und Wartung hergestellt werden können. Diese Hartwerkzeugmethoden unterliegen weniger Verschleiß und ermöglichen eine konsistente, haltbare und kritische Teileproduktion.

Beispiele für Hartwerkzeuge

• Für den Spritzguss entwickelte Formen aus Stahl und Nickellegierungen.
• Mehrfachform.
• Bei der Verarbeitung von Hartmaterialformen aus Materialien wie PEEK und PEL können diese hohen Temperaturen ausgesetzt werden [5].

Stahlspritzguss.

YouTube-Video zu Softtooling im Vergleich zu Hardtooling.

www.youtube.com/watch?v=7n1T3zDHmG4&pp=ygUcc29mdCB0b29saW5nIHZzIGhhcmQgdG9vbGluZw%3D%3D

Materialien für Soft-Tooling: Flexibilität und Vielseitigkeit

Weiche Materialien bieten flexible Werkzeuge und Vielseitigkeit bei der Teileproduktion. Weiche Werkzeugmaterialien erleichtern die Arbeit im Vergleich zu harten Materialien und sind kostengünstige Werkzeuge. Zu den Werkzeugen aus weichen Materialien gehören Aluminium, Gummi, Silikon und Polyurethan.

Silikon

Urethan-Gussformen werden aus Silikon hergestellt. Silikon ist vor allem für seine Fähigkeit bekannt, sich an komplexe Formen anzupassen und einfach herzustellen. Es ist reißfest und funktioniert gut bei hohen Temperaturen.

Gummi

Gummi ermöglicht Präzisionswerkzeuge und flexible Werkzeuge. Gummi kann verschiedene Härtegrade aufweisen. Gummi bietet eine gute Elastizität und Reißfestigkeit. Gummiformen eignen sich gut zum Gießen von Materialien wie verschiedenen Harzen, Gips und Beton.

Gummiform.

Polyurethan

Aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften wird Polyurethan häufig in der industriellen Teileproduktion für Automobil- und Luftfahrtanwendungen eingesetzt. Polyurethan wird aufgrund seiner Abriebfestigkeit und Zähigkeit als weiches Werkzeug verwendet. Mit Polyurethan lassen sich komplexe und feine Details problemlos reproduzieren.

Polyurethan-Form.

Anwendungsbereiche von Soft Tooling

Soft-Tooling eignet sich aufgrund seiner Kosteneffizienz, der Produktion größerer Teile und der einfachen Herstellung für zahlreiche Anwendungen. Einige wichtige Anwendungen von Soft-Tooling in Fertigungsprozessen werden im Folgenden erläutert.

Prototyping

Soft Tooling wird im schnellen Herstellungsprozess von Formen und Teilen häufig eingesetzt. Soft Tooling ermöglicht es Ingenieuren, die Funktionalität des Designs zu testen und sie bei Bedarf kostengünstig und effektiv zu ändern, verglichen mit Hard Tooling.

Kleinserienfertigung

Die Produktion von Kleinserienteilen ist mit Soft Tooling einfach, da Hersteller kleine Chargen effektiver und kostengünstiger Teile herstellen. Die Materialien dieser Werkzeugmethode können lange Zeit ohne Austausch verwendet werden.

YouTube-Video zu Werkzeugen für die Kleinserienproduktion.

www.youtube.com/watch?v=LPx4nPWVOnQ&t=32s&pp=ygUcc29mdCB0b29saW5nIHZzIGhhcmQgdG9vbGluZw%3D%3D

Hinterschneidungen

Komplexe geometrische Teile mit Hinterschneidungen erfordern möglicherweise spezielle Handhabung und Material. Weiche Werkzeugmaterialien wie Silikon und Gummi sind flexibel und ermöglichen ein effektives Abkühlen der Probe ohne Rissbildung. Diese Werkzeugmethode ermöglicht auch eine einfache Entnahme der Probe nach der Vorbereitung.

Vorteile von Soft Tooling

Softtooling ermöglicht den Einsatz flexibler, präziser und kostengünstiger Werkzeuge. In Situationen, in denen Geschwindigkeit, entscheidende Elemente, Anpassungsfähigkeit und Kosteneffizienz von größter Bedeutung sind, spielt Softtooling eine besonders wichtige Rolle. Für den Herstellungsprozess großer Teile oder kleiner Chargen ist Softtooling von entscheidender Bedeutung, da es schnelle Durchlaufzeiten und Flexibilität bietet.

Kosteneffizienz

Gummi, Silikon und Polyurethan sind im Vergleich zu anderen harten Materialien weniger teuer.

Flexibilität

Der wichtigste Aspekt bei Soft-Tools ist die dynamische Designflexibilität und -entwicklung. Die Flexibilität von Soft-Tools ermöglicht eine einfache Herstellung des Designs und eine anschließende Änderung des Designs ist ebenfalls einfach.

Schnelle Bearbeitungszeiten

Schnelle Reaktion, schnelle Prototypen und schnelle Iteration sind für Projekte auf dem Markt von entscheidender Bedeutung. Die schnelle Bearbeitungszeit macht all dies für Soft-Tools einfach.

Einschränkungen von Soft Tooling

Obwohl Soft-Tools Vorteile bieten, sollten ihre Einschränkungen berücksichtigt werden. Zu den Einschränkungen gehören eine geringere Maßgenauigkeit, mangelnde Beständigkeit gegen hohe Produktionsanforderungen und geringere Haltbarkeit. Alle Einschränkungen werden im Folgenden erläutert.

Kann im Vergleich zu Hartwerkzeugen weniger präzise Maßtoleranzen aufweisen

Weiche Werkzeugmaterialien sind flexibel und weisen im Vergleich zu harten Werkzeugmaterialien geringere Maßtoleranzen auf.

Weiche Materialien halten den Belastungen einer Massenproduktion möglicherweise nicht stand

Einige weiche Werkzeugmaterialien wie Aluminium und Glasfaser sind für die Produktion großer Teile nicht geeignet, da sie nicht über ausreichende Reiß- und Verschleißfestigkeit verfügen.

Begrenzte Haltbarkeit

Weiche Werkzeugmaterialien werden im Herstellungsprozess nur zur Herstellung von 100 oder 1000 Teilen verwendet. Aufgrund der geringeren Haltbarkeit weicher Materialien ist ihre Lebensdauer im Vergleich zu harten Werkzeugmaterialien kürzer.

Werkstoffe für Hartwerkzeuge: Festigkeit und Präzision

Die hohe Leistung und Haltbarkeit von harten Werkzeugmaterialien ermöglichen eine effektive Arbeit als Matrizen, Formen und andere Fertigungswerkzeuge. Diese Werkzeugmaterialien ermöglichen Präzisionswerkzeuge, Massenproduktion und wiederholbare Ergebnisse.

Stahl

Als hartes Werkzeugmaterial werden verschiedene Stahlsorten verwendet, darunter Edelstahl, Werkzeugstahl, legierter Stahl und andere. Stahl ist ein gutes Werkzeugmaterial, da er eine gute Verschleißfestigkeit, gute thermische Eigenschaften und Härte aufweist. Mit Stahl können Millionen von Teilen produziert werden.

Aluminium

Aluminium ist weicher und leichter als Stahl, was die Montage und Handhabung erleichtert. Es ist bei der Massenproduktion nicht so gut wie Stahl, kann aber in großen Stückzahlen hergestellt werden.

Karbid

Als Hartmetall wird die Verbindung aus Kobalt und Wolframkarbid bezeichnet. Es handelt sich um ein sehr hartes Material, das beim Schneiden und Bearbeiten harter Materialien hilft. Hartmetall gilt aufgrund seiner hohen Haltbarkeit und hervorragenden Verschleißfestigkeit als ideal für die spanende Bearbeitung.

Hartmetall-Hartwerkzeuge in verschiedenen Formen. s

Anwendungen von Hard Tooling

Der Herstellungsprozess erfordert harte Werkzeuge. Wenn weiche Werkzeuge an ihre Grenzen stoßen, wechseln wir zu harten Werkzeugen. Harte Werkzeuge bieten hohe Haltbarkeit, enge Toleranzen, komplexe Geometrie und Produktion in großen Stückzahlen. Wir werden sie weiter unten besprechen.

Großserienfertigung

Die Produktion großer Teilemengen kann präzise und konstant erfolgen.

Enge Toleranzen

Komplexe Geometrie mit hoher Maßtoleranz.

Komplexe Geometrien

Komplexe Geometrien mit komplizierten Merkmalen können einfach entworfen und verarbeitet werden.

Vorteile von Hard Tooling

Im Vergleich zu Soft-Toolsing sind bei Hard-Toolsing die Vorlaufzeiten länger und die Vorlaufkosten höher. Hard-Toolsing bietet Maßgenauigkeit, Haltbarkeit und Großserienfertigung, die im Folgenden erläutert werden. Durch den Vergleich der Vorteile und Einschränkungen von Hard-Toolsing und Soft-Toolsing im Fertigungsprozess wählen wir das für uns am besten geeignete Tool aus.

Dimensionale Genauigkeit

Die Maßgenauigkeit wird durch die Härte und außergewöhnliche Haltbarkeit des harten Werkzeugmaterials gewährleistet.

Langlebigkeit

Die hohe Haltbarkeit von hartem Werkzeugmaterial ermöglicht die Produktion großer Teilemengen.

Großserienfertigung

Dank der hohen Haltbarkeit und hervorragenden Verschleißfestigkeit können aus harten Werkzeugmaterialien im Laufe ihrer Lebensdauer Millionen von Teilen hergestellt werden, was sie zu kostengünstigen Werkzeugen für die Produktion großer Stückzahlen macht.

Einschränkungen bei Hard Tooling

Die Einschränkungen bei der Verwendung von Hard-Tools hindern uns daran, uns für Hard-Tools zu entscheiden. Die Haupteinschränkungen bei Hard-Tools sind hohe Vorlaufkosten und längere Vorlaufzeiten, die weiter unten erläutert werden.

Hohe Vorlaufkosten

Aufgrund von Faktoren wie Material, Einrichtung, Produktion und Design sind die Anschaffungskosten von Hartwerkzeugen höher als die von Weichwerkzeugen.

Längere Lieferzeiten

Bei der Herstellung von Hartwerkzeugen ist im Vergleich zu Weichwerkzeugen eine längere Vorlaufzeit für Design und Verarbeitung erforderlich. Außerdem sind Nachbearbeitungen wie Wärmebehandlungen erforderlich.

Was ist der Unterschied zwischen Soft- und Hard-Tooling?

Kostenüberlegungen: Aufschlüsselung der Kosten für Softtooling und Hardtooling

Die Anschaffungskosten von Soft-Tools sind im Vergleich zu Hard-Tools geringer, was weiter unten erläutert wird. Die laufenden Kosten von Soft-Tools sind im Vergleich zu Hard-Tools höher, was ebenfalls weiter unten erläutert wird.

Anfängliche Investitionskosten

Harte Werkzeugmaterialien wie Aluminium, Stahl und Hartmetall und deren Bearbeitung sind im Vergleich zu weichen Werkzeugmaterialien wie Polyurethan, Silikon und Gummi teuer.

Laufende Wartungskosten

Silikon, Gummi und Polyurethan sind flexibel und weniger haltbar, weshalb sie in ihrer Lebensdauer nur für 100 bis 1000 Teile geeignet sind. Der Austausch und die Wartung solcher Materialien sind im Vergleich zu harten Materialien, die haltbarer sind und eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit aufweisen, hoch.

Ein Entscheidungsrahmen: Auswahl der richtigen Werkzeugmethode

Bei der Auswahl der richtigen Werkzeugmethode müssen wir immer einige Aspekte berücksichtigen. Im Folgenden werden einige Faktoren erläutert, die veranschaulichen, was zwischen Soft- und Hard-Tooling besser ist.

Produktionsvolumen

Hartwerkzeuge weisen eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Langlebigkeit auf und weisen daher ein hohes Produktionsvolumen auf.

Budget

Die Anfangsinvestition für Hartwerkzeuge ist hoch, aber für die langfristige Massenproduktion sind Hartwerkzeuge kosteneffizient. Bei Weichwerkzeugen ist die Anfangsinvestition niedrig, der Wartungsaufwand jedoch hoch.

Teilekomplexität

Mit harten Werkzeugen ist es schwierig, komplizierte Geometrien zu erzeugen, doch mit weichen Werkzeugen können aufgrund ihrer Flexibilität und einfachen Herstellung komplexe Teile problemlos produziert werden.

Gewünschte Toleranzen

Aufgrund der Flexibilität und geringeren Haltbarkeit von weichem Werkzeugmaterial ist die Maßtoleranz im Vergleich zu hartem Werkzeugmaterial geringer.

Anforderungen an die Vorlaufzeit

Der Vorlaufzeitbedarf für Hartwerkzeuge ist hoch, da für die Verarbeitung, Wärmebehandlung und Konstruktion mehr Zeit erforderlich ist.

FAQ

Weiche Blechwerkzeuge vs. harte Blechwerkzeuge

Die Herstellung von Soft-Tools für Blech ist einfach, ermöglicht kleine Stückzahlen, ist kostengünstig und gut für Prototypen geeignet, verschleißt jedoch schnell und ist weniger präzise. Die Herstellung von Hard-Tools ist mit hohen Anschaffungskosten, schwieriger Bearbeitung und langer Produktionszeit verbunden, bietet jedoch genaue Abmessungen, hervorragende Maßstabilität und hohe Haltbarkeit.

CNC-Bearbeitung – Softtooling vs. Hardtooling

Die CNC-Bearbeitung weicher Materialien ist einfach und ermöglicht die einfache Herstellung komplexer Formen. Im Vergleich zu harten Werkzeugen kommt es jedoch leichter zu Verformungen oder Rissen.