Umformtechnik (Fach) / Fragen (Lektion)

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• Nenne 4 Vorteile der umformenden Fertigung! - günstige mechanische Werkstoffeigenschaften - hohe Maß- und Formgenauigkeit - hohe Werkstoffausnutzung - hohe Mengenleistung durch kurze Stückzeiten
• Nach welchen Kriterien können Umformverfahren eingeteilt werden? (6) - nach der Umformtemperatur des Werkstücks - nach der Art des Umformvorganges - nach der Umwandlung der Oberfläche - nach der hauptsächlichen Beanspruchungsart - nach der Art der Kraftwirkung - nach der geometrischen Form des Anfangsmaterials
• Wie werden Umformverfahren nach der Umformtemperatur des Werkstücks eingeteilt? - Kaltumformung (bei Raumtemperatur) - Halbwarmumformung (600° C < TStahl < 900° C) - Warmumformung (TStahl > 900° C)
• Wie werden Warm- und Kaltumformverfahren abgegrenzt? Grenze ist die Rekristallisationstemperatur. Sie beträgt ca 40% der Schmelztemperatur in Kelvin.
• Was geschieht während der Rekristallisation im Werkstoff? - Abbau von Gitterfehlern - Neubildung des Gefüges (Keimbildung und Kristallwachstum) - Abbau der Versetzungsdichte Daraus folgt eine Reduzierung der umformbedingten Verfestigung (Härte).
• Welche Formen der Rekristallisation gibt es? - statische Rekristallisation (Entfestigung nach der Umformung) - dynamische Rekristallisation (Entfestigung während der Umformung)
• Wie werden die Umformverfahren nach der Umwandlung der Oberfläche eingeteilt? - Mikroumformung - Flächenumformung - Massivumformung
• Wodurch ist die Mikroumformung gekennzeichnet? Die Größe und Form der Oberfläche bleiben bei der Umformung erhalten.
• Welche Verfahren zählen zur Mikroumformung? - Glattwalzen - Glätten
• Wodurch ist die Flächenumformung gekennzeichnet? Die Form der Oberfläche wird geändert, die Größe der Oberfläche hingegen bleibt gleich.
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• Welche Verfahren zählen zur Flächenumformung? - Prägen - Tiefziehen - Blechbiegen - Formdrücken
• Wodurch ist die Massivumformung gekennzeichnet? Sowohl die Form als auch die Größe der Oberfläche werden geändert.
• Welche Verfahren zählen zur Massivumformung? - Gesenkschmieden - Strangpressen - Fließpressen - Walzen - Abstreckdrücken
• Wie werden die Umformverfahren nach der Art der Kraftwirkung eingeteilt? - unmittelbare Kraftwirkung - mittelbare Kraftwirkung
• Was charakterisiert Umformverfahren mit unmittelbarer Kraftwirkung? Nenne Verfahrensbeispiele! - äußere Kräfte wirken direkt, unmittelbar auf das Werkstück ein - Stauchen, Reckschmieden, Gesenkschmieden, Flach- und Glattwalzen
• Was charakterisiert Umformverfahren mit mittelbarer Kraftwirkung? Nenne Verfahrensbeispiele! - äußere Kräfte wirken mittelbar, indirekt auf das Werkstück ein - Strangziehen, Gleitziehbiegen
• Wie werden Umformverfahren nach der (hauptsächlichen) Beanspruchungsart eingeteilt? - Druckumformen - Zugumformen - Zug-/ Druckumformen - Biegeumformen - Schubumformen
• Was kennzeichnet Umformverfahren, die dem Druckumformen zugerechnet werden? Nenne Verfahrensbeispiele! - in der Umformzone liegen (hauptsächlich) Druckspannungen vor - Stauchen, Gesenkschmieden, Fließpressen, Strangpressen
• Was kennzeichnet Umformverfahren, die dem Zugumformen zugerechnet werden? Nenne Verfahrensbeispiele! - in der Umformzone liegen (hauptsächlich) Zugspannungen vor - Aufweitziehen, Reckrichten, Druck-Ausbauchen
• Was kennzeichnet Umformverfahren, die dem Zug-/ Druckumformen zugerechnet werden? Nenne Verfahrensbeispiele! - in der Umformzone liegen (hauptsächlich) Zug- und Druckspannungen vor - Tiefziehen, Strangziehen
• Was kennzeichnet Umformverfahren, die dem Biegeumformen zugerechnet werden? Nenne Verfahrensbeispiele! - in der Umformzone liegt eine Biegebeanspruchung vor - Randen, Gesenkbiegen
• Was kennzeichnet Umformverfahren, die dem Schubumformen zugerechnet werden? Nenne Verfahrensbeispiele! - in der Umformzone wirken (hauptsächlich) Schubspannungen - Verwinden, Durchsetzen, Projizierdrücken
• Wie lassen sich Umformverfahren nach der Art des Umformvorgangs einteilen? - stationäre Umformung - instationäre Umformung
• Was ist für die stationäre Umformung charakteristisch? Welche Umformverfahren zählen zur stationären Umformung? - die Umformzone ist zeitunabhängig - jedem Punkt in der Umformzone können zu jeder Zeit bestimmte Spannungen und Umformgrade zugeordnet werden - Drahziehen, Flachwalzen
• Was ist für die instationäre Umformung charakteristisch? Welche Umformverfahren zählen zur instationären Umformung? - Gestalt und Größe der Umformzone sind zeitabhängig - die Spannungen und Umformgrade sind zeitlich veränderlich - Stauchen, Freiformschmieden
• Was charakterisiert Umformverfahren im Gegensatz zu anderen Fertigungsverfahren? - Änderung der geometrischen Form und der stofflichen Eigenschaften - Beibehaltung des stofflichen Zusammenhangs
• Welche Fragestellungen gilt es bei der Umsetzung eines Umformprozesses zu beachten? Welches Verfahren wird angewendet? Wie hoch sind die auftretenden/ benötigten Kräfte? Wie hoch ist der Arbeitsbedarf? Welche Randbedingungen sind vorhanden? (Umformgeschwindigkeit, Taktzeiten, Werkzeuge, verfügbare Maschinen, Wirkmedien...)
• Welche Typen von Elementarzellen kommen bei Metallen vor? Nenne Beispiele! - kubisch-raumzentriert (α-Fe, Cr, Mo, V, W) - kubisch-flächenzentriert (γ-Fe, Au, Ag, Al, Cu, Pb, Ni) - hexagonal (dichtest gepackt) (Zn, Mg, Cd) - tetragonal (Sn)
• Wieviele Gleitsysteme besitzen die verschiedenen Elementarzellen? Was sagt das über die Umformbarkeit aus? - kubisch flächenzentriert, 12 gleichwertige Gleitsysteme - kubisch raumzentriert, 48 weniger dicht besetzte Gleitsysteme - hexagonal, 3 gleichwertige Gleitsysteme ⇒ kfz-Werkstoffe besitzen bestes Umformvermögen, gefolgt von krz-Werkstoffen     hexagonal-dichtest-gepackte Werkstoffe sind sehr schlecht umformbar
• Was ist eine Elementarzelle? Eine Elementarzelle ist die kleinste räumliche Anordnung von Atomen, die die Kristallstruktur z. B. eines Metalles abbilden kann. Ihr Typ bestimmt die Werkstoffeigenschaften in wesentlichem Maße mit.
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• Was ist ein Kristall? Ein Kristall ist ein homogener, anisotroper Körper, der aus einer räumlichen, regelmäßig angeordneten Struktureinheit besteht.
• Was ist ein Vielkristall? In einem Vielkristall sind die einzelnen Kristallite mit ihren Gitterebenen, Gittergeraden regellos, statistisch verteilt angeordnet. Die anisotropen Eigenschaften der Kristallite treten im Vielkristall somit nicht oder stark vermindert in Erscheinung. Der Vielkristall verhält sich wie ein isotroper Körper, dieses Verhalten bezeichnet man als Quasiisotropie.
• Warum ist die Fließschubspannung in einem realen Werkstoff nur ca. 1/100 der aus den atomaren Bindungskräften berechneten? Reale Werkstoffe tragen Gitterfehler verschiedener Ordnung in sich, wie Leerstellen, Substitutionsatome, Versetzungen etc.. Diese vermindern die Fließspannung drastisch.
• Welche Phänomene im Realwerkstoff ermöglichen die Umformung? Die Umformung wird möglich durch das Vorhandensein von Versetzungen im Werkstoff.
• Welche Größen beschreiben die Beanspruchung in jedem Punkt eines Werkstoffs/ Bauteil? Die Beanspruchung an jedem Punkt des Materials wird durch den Spannungstensor charakterisiert. Er enthält 6 unabhängige Komponenten, 3 Normalspannungen und 3 Schubspannungen sowie deren Richtungen.
• Was ist ein Hauptachsensystem? In einem Hauptachsensystem treten lediglich Normalspannungen in den 3 Achsenrichtungen auf, welche als Hauptnormalspannungen bezeichnet werden. Es treten keine Schubspannungen auf. Für jeden Spannungszustand lässt sich ein Hauptachsensystem finden und angeben.
• Was sind die Invarianten des Spannungstensors? Wieviele gibt es? Die Invarianten des Spannungstensors sind Größen, die unabhängig von der Lage des Koordinatensystems sind. Der Spannungstensor besitzt 3 Invarianten.
• In welche Anteile lässt sich der Spannungstensor zerlegen? Warum ist diese Zerlegung eine für die Umformtechnik günstige Formulierung? Der Spannungstensor ist zerlegbar in einen isostatischen und einen deviatorischen Spannungstenstor. Die isostatischen Spannungsanteile sind für den Umformvorgang bedeutungslos. Liegen isostatische Druckspannungen vor, so kann dadurch das Umformvermögen erhöht werden. Bei entsprechenden hydrostatischen Drücken sind sogar Keramiken umformbar. Der Umformvorgang wird ausschließlich von den deviatorischen Spannungen bestimmt und verursacht.
• Was ist die Fließspannung? Die Fließspannung kf ist diejenige Normalspannung, unter welcher im einachsigen Spannungszustand plastisches Fließen einsetzt bzw. bei vorangegangener Umformung aufrechterhalten wird. 
• In welchem Verhältnis stehen die Fließspannung k-f und die Schubfließspannung tau-f. kf = 2 τf bzw. τf = kf / 2
• Was gilt für plastische Dehnungen bezüglich des Volumens? Bei plastischer Deformation bleibt das Volumen konstant.
• Wie ist die technische Dehnung definiert? εx = (x1-x0)/ x0 = ∫ (x/ x0) dx
• Wie ist der Umformgrad definiert? Wie wird er noch bezeichnet? φx = ∫ dx/ x = ln x1 - ln x0 = ln(x1/ x0) Sie wird auch als logarithmische Formänderung bezeichnet.
• Was folgt aus der Volumenkonstanz bezüglich der Umformgrade? φl + φb + φh = 1  φgrößt = abs( φg )
• Wann gilt die Volumenkonstanz NICHT? Bei elastischen Verzerrungen, bei Gefügeänderungen und Verfahren wie dem Sintern.
• Welches ist der größte Umformgrad? Der größte Umformgrad ist derjenige mit dem alleinigen Vorzeichen. Er wird immer als Betrag angegeben!
• Wie werden zweiachsige Formänderungszustände noch bezeichnet? Sie werden auch als ebene Formänderungszustände bezeichnet.
• Wie werden dreiachsige Formänderungszustände noch bezeichnet? Sie werden auch als räumliche Formänderungszustände bezeichnet.
• Wie ist die Umformgeschwindigkeit definiert? φx - Punkt = dφx/ dt (Einheit s-1 !)
• Was folgt aus der Volumenkonstanz bezüglich der Umformgeschwindigkeiten? Die Summe der Umformgeschwindigkeiten ist Null.

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