Metall (Subject) / umformende Fertigungsverfahren (Lesson)

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• Umformen Umformen ist das dauerhaft plastische Formändern eines Werkstücks, wobei der Stoffzusammenhalt und die Masse erhalten bleiben. Beim Massivumformen werden kubische Werkstücke in allen drei Achsen plastisch verändert. Beim Blechumformen werden Bleche nur in zwei Achsen plastisch verändert, und die Blechdicke bleibt praktisch erhalten.
• Massivumformen (Gliederung) - Stauchen - Gesenkformen - Walzen - Eindrücken - Strang- und Fließpressen - Gleitziehen - Rundkneten
• Blech- und Profilumformen (Gliederung) - Biegen - Tiefziehen - Streckziehen - Walzprofilieren, -ziehen, -richten - Drücken - Innenhochdruckumformen
• Vorteile des Umformens (4 v. 5) - gute Qualität der Werkstücke - geringer Materialeinsatz - Einsatz preiswerter Rohmaterialien - Reduzierung nachträglicher spanender Bearbeitung - hohe Produktivität
• 4 Nachteile des Umformens - Hohe Stückzahlen sind Voraussetzung. - Große und teure Formwerkzeuge sind notwendig um die hohen Umformkräfte aufzunehmen. - Hohe Druckkräfte (bis 160 MN) erfordern teure Maschinen. - Als Schmiermittel müssen druckfeste und gut haftende Mittel wie Graphit, Molybdänsulfid, spezielle Seifen oder Wachse eingesetzt werden. Nachteile für Nachfolgearbeitsgänge sollten durch Schmiermittel vermieden werden.
• Einflussfaktoren der Umformung - Formänderungsfestigkeit (Fließspannung) kf, abhängig von Werkstoff, Legierungsbestandteilen Temperatur Umformgeschwindigkeit Umformgrad φ - Formänderungswirkungsgrad ηF
• Warmumformen (4) - Arbeitstemperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur - große Umformbarkeit der Werkstoffe - geringere Umformkräfte - geringe Änderung von Festigkeit und Dehnung des umgeformten Werkstücks
• Kaltumformung (5 v. 6) - Arbeitstemperatur bei Raumtemperatur - enge Maßtoleranzen erreichbar - keine Verzunderung der Oberfläche - geringster spezifischer Energiebedarf - beste Materialausnutzung - Erhöhung der Festigkeit und Verringerung der Dehnung infolge Kaltverfestigung
• Walzen Walzen ist stetiges oder schrittweises Druckumformen mit mehreren sich drehenden Werkzeugen (Walzen) ohne oder mit Zusatzwerkzeugen (z.B. Stopfen). Mit der durch das Druckumformen hervorgerufenen Stauchung ist demnach immer auch eine Längung bzw. eine Breitung verbunden. Damit wird das Walzgut durch den Umformvorgang in seiner Bewegung beschleunigt und es wird länger.
• Einflussfaktoren der Fließspannung kf - Werkstoff, Legierungsbestandteile - Temperatur - Umformgeschwindigkeit - Umformgrad φ
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• Stauchen Stauchen ist das Grundverfahren der meisten Umformverfahren. Stauchen ist ein Druckumformen, bei dem die Druckwirkung auf das Werkstück zwischen zwei Werkzeughälften besteht.
• Stauchverfahren (Einteilung) Warm-/Halbwarm-/Kaltstauchen Frei-/Gesenkstauchen Elektrostauchen
• Reckwalzen Beim Reckwalzen sind auf dem Umfang der Walzen Konturen für ein einzelnes Werkstück eingearbeitet. Nach einer Umdrehung ist das Werkstück fertig.
• Glattwalzen Beim Glattwalzen werden Walzen mit hoher Oberflächenqualität und -härte gegen die Oberfläche des Werkstücks gedrückt. Oft werden spanend vorbearbeitete Werkstücke geglättet und oberflächenverfestigt. Die Rautiefe verringert sich dabei von ca. 15 µm auf 0,5 µm. Der Traganteil der Werkstückoberfläche erhöht sich dadurch wesentlich. Anwendung: z.B. für Kolbenstangen, Ventile
• Eindrücken Eindrücken ist Druckumformen der Oberfläche eines Werkstücks mit einem Formstempel (Werkzeug), der örtlich in das Werkstück eindringt.
• 5 Verfahren des Eindrückens - Kalteinsenken - Vollprägen - Hohlprägen - Gewindeformen - Rändeln
• Gewindeformen Beim Gewindeformen wird ohne Spanerzeugung ein Gewinde gedrückt oder geformt. Dieser Fertigungsvorgang ähnelt dem Gewindeschneiden. Es entstehen gute Oberflächen- und Formqualitäten sowie höhere Festigkeit als beim Gewindeschneiden. Die Materialfasern werden nicht geschnitten.
• Strangpressen Beim Strangpressen werden die auf Knettemperatur (400 - 900 °C) erwärmten Gussblöcke (Bolzen) mit einem hydraulischen Pressstempel durch die formgebende Werkzeugöffnung (Pressmatrize) durchgedrückt. Es ist also lediglich eine Umformstufe möglich und die maximale Umformung ist begrenzt. Es lassen sich jedoch die unterschiedlichsten Formquerschnitte herstellen. Die Strangpressgeschwindigkeiten  betragen bei Al bis 100 m/min, bei Stahlwerkstoffen bis 360 m/min.
• Strangpressverfahren - Vorwärts-/Rückwärtsstrangpressen - Voll-/Hohlstrangpressen - hydrostatisches Strangpressen
• hydrostatisches Strangpressen (2) - flüssiges Druckmedium -> verringerte Reibung - für hohe Umformgrade und schwer strangpressbare Werkstoffe geeignet
• Fließpressen Beim Fließpressen wird ein zwischen Werkzeugteilen aufgenommener Rohling teilweise durch die verbleibende Werkzeugöffnung gedrückt. Bei diesem ein- oder mehrstufigen Umformverfahren entsteht ein Werkstück mit unterschiedlichen Querschnitten.
• typische Schmiermittel beim Strangpressen graphithaltige Öl-Wasser-Emulsionen
• Gleitziehen Gleitziehen ist Zugdruckumformen, bei dem durch Ziehen eines schlanken Werkstücks durch eine in Ziehrichtung verengte Werkzeugöffnung (Ziehring) eine neue, kleinere Querschnittsform erzeugt wird.
• 3 Anforderungen an Werkstoffe beim Fließpressen - niedrige Fließspannung - geringe Kaltverfestigung - homogenes Gefüge
• Woraus werden Ziehringe hergestellt? Hartmetall, Keramik oder Diamant
• Rundkneten Rundkneten ist ein freies Druckumformen. Die Werkzeuge sind Hämmer oder Stempel und bewirken mit großen Schlagzahlen einen hohen Radialdruck und damit starke plastische Formänderungen am Werkstück. Die Werkstücke müssen rotationssymmetrisch sein. Für Innenkonturen wird ein nach der Bearbeitung wieder ausziehbarer Dorn eingesetzt.
• Vorteile des Rundknetens (5 v. 7) - gute Oberflächengüte (bis RZ = 1 bis 2 µm) - abgesetzte Durchmesser und komplizierte Innenkonturen möglich - gute Materialausnutzung - geringe Werkstückgewichte realisierbar - enge Toleranz - hohe Festigkeit (durch Erhalt des Faserverlaufs) - kurze Stückzeiten
• Biegen Biegen ist Zugdruckumformen von festen Körpern, bei dem aus Blechen oder Profilen abgewinkelte oder ringförmige Werkstücke erzeugt werden.
• Wovon wird die Rückfederung beim Biegen bestimmt? (3 v. 4) - Elastizität des Werkstoffs - Blechdicke - Biegeradius - Biegeverfahren
• 6 Verfahren des Biegens - Gesenkbiegen, U-Biegen, V-Biegen - Walzbiegen - Schwenkbiegen - Rundbiegen - Rollbiegen - Knickbiegen
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• Zum Tiefziehen werden eingesetzt... - starre Werkzeuge: Ziehstempel + Ziehring - elastische Werkzeuge: Ziehstempel + Gummikissen - Wirkmedium: Ziehstempel + Membrane/Flüssigkeit - Wirkenergie: Ziehstempel + magnetische Feldkräfte
• Walzprofilieren Beim Walzprofilieren (Profilieren) werden Blechbänder oder Platinen mit Hilfe von hintereinander angeordneten rotierenden Walzen zu Profilen umgeformt. Die Umformung erfolgt kontinuierlich. Eine Blechdickenveränderung wird nicht beabsichtigt.
• Walzziehen Beim Walzziehen werden Blechbänder profiliert, dabei jedoch durch eine feststehende Matrize gezogen. Dadurch wird aus einem Blechband ein Winkel-, U- oder Z-Profil hergestellt. Keine (beabsichtigte) Blechdickenänderung.
• 5 Grundformen des Walzprofilierens - Rollen (Umbiegen um mehr als 180°) - Falten (Aufbiegen) - Sicken (rillenförmige Vertiefungen zur Versteifung ebener Blechflächen) - Falzen (Fügen durch mehrfaches Umbiegen von Blechrändern) - Doppelungen (Aufeinanderlegen und Umbiegen)
• Drücken Drücken ist Zugdruckumformen eines ebenen Blechzuschnitts zu einem rotationssymmetrischen Hohlkörper oder Verändern des Umfangs eines Hohlkörpers. Ein Werkzeugteil (Drückfutter) weist die Innenform des Werkstücks auf, während das feststehende Gegenwerkzeug (Druckrolle oder Druckstab) gegen das rotierende Werkstück drückt.
• Verfahren des Drückens - Drücken von Hohlkörpern - Weiten durch Drücken - Engen durch Drücken - Drückwalzen
• Innenhochdruckumformen Das IHU ist ein Zugdruck-Umformverfahren zur Herstellung von Hohlkörpern komplizierter Gestalt aus einem Rohr oder ebenen Blechzuschnitt. Beim IHU wird der Rohling in axialer und auch radialer Richtung gegen die Werkzeugaußenwand gestaucht/gestreckt (Aufweitung des Rohlings).
• Streckziehen Beim Streckziehen wird ein fest eingespannter Blechzuschnitt mit einem Druckstempel umgeformt. Das Streckziehen ist ein Zugumformen. Die Blechdicke wird durch Streckung vermindert.
• 3 wichtigste Merkmale von Umformverfahren - Art der Beanspruchung - Art der Hauptbewegung - Umformtemperatur
• Grundbeanspruchungen beim Umformen - Druckbeanspruchung - Zugbeanspruchung - Biegebeanspruchung - Schubbeanspruchung - Torsionsbeanspruchung
• Verfahrensgruppen des Umformens - Druckumformen - Zugdruckumformen - Zugumformen - Biegeumformen - Schubumformen
• Relativbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug beim Umformen - Hauptbewegung - Vorschubbewegung - Eingriffsbewegung - Folgebewegung
• Gliederung des Umformens nach DIN 8582 - Druckumformen (DIN 8583) - Zugdruckumformen (DIN 8584) - Zugumformen (DIN 8585) - Biegeumformen (DIN 8586) - Schubumformen (DIN 8587)
• Vergleich der Umformtemperaturbereiche - Kaltumformung ermöglicht die höchste Werkstückgenauigkeit und Oberflächengüte, erfordert aber eine hohe Umformkraft und -arbeit. - Bei Warmumformung sinken Kraft- und Arbeitsbedarf erheblich (auf ca. 15 %). Es treten aber verzunderte Oberflächen und geringere Fertigungsgenauigkeiten auf. - Die Halbwarmumformung bildet einen günstigen Kompromiss mit ca 30 bis 40 % des Kraft- und Arbeitsbedarfs der Kaltumformung und fast so hoher Genauigkeit und Oberfächengüte wie bei derselben.
• Umformbedingungen, die Umformfestigkeit bestimmen - Umformtemperatur - Umformgrad φ - Umformgeschwindigkeit
• Recken Beim Recken wird der Querschnitt bzw. die Dicke eines Werkstücks schrittweise vermindert und der Werkstoff vorwiegend in Längsrichtung (beim Tangentialrecken in Umfangsrichtung) verdrängt. Dabei kann das Werkstück zusätzlich gedreht werden.
• Aufgaben des Niederhalters beim Tiefziehen dünner Bleche Beim Tiefziehen dünner Bleche kann der Rondenrand durch die beim Ziehvorgang auftretende tangentiale Stauchung ausknicken und Falten bilden. Die Faltenbildung wird durch den Niederhalter verhindert.
• typisches Anfangsmaterial für das Gesenkschmieden warmgewalztes Rund- oder Vierkantmaterial als Stange oder Knüppel
• Wie erfolgt das Formpressen mit Grat? Das Formpressen mit Grat erfolgt in einem möglichst eben geteilten Gesenk, in das die Negativform des herzustellenden Teils als Hohlraum (Gravur) eingearbeitet ist. Um die vollständige Ausfüllung der Gravur zu gewährleisten wird mit Materialüberschuss gearbeitet. Das überschüssige Material fließt gegen Ende des Umformvorgangs durch den zwischen Unter- und Obergesenk umlaufenden Gratspalt in die Gratrille und muss anschließend abgetrennt werden.

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