2. Umformen

Umformen ist Fertigen durch plastisches Ändern der Form eines festen Körpers.

• Dabei werden Stoffzusammenhalt und Masse beibehalten.

• Die Stoffeigenschaften können sich ändern.

• Hohe Produktivität durch kurze Fertigungszeiten

• Hohe Materialausnutzung

• Kaltverfestigung als positive Veränderung der Werkstoffeigenschaften

  
  

1. Es wirken äußere Kräfte/Momente auf den Körper, aufgebracht durch eine Maschine

2. Im Werkstück wirken folglich mechanische Spannungen

3. Plastisches Fließen tritt ein, wenn vom Werkstoff abhängige Werte der Fließbedingung entsprechen

4. Fließen -> plastische Verformung -> Bleibende Änderung

5. Das Produkt wird Umformteil genannt

Kaltumformung —> Bei Raumtemperatur (20 °C)

Warmumformung —> Umformung bei T oberhalb der Rekristalisationstemperatur

Massivumformung —> 3D-Werkstück (ab 4mm) (Kalt -und Warmmassivumformung)

Blechumformung —> 2D-Werkstück (bis 4mm) (zumindest vor Bearbeitung)

Plastische Verformung: Verformung bleibt nach Beanspruchung durch eine kritische Spannung

Elastische Verformung: Atome springen wieder zurück —> Verformung bleibt nicht.

• Störung/Hindernisse der Periodizität im Kristallgitter

• Folge von Ur -und Umformungen

Schubspannung führt zum Weiterspringen von Atomen. Wird eine Fehlstelle getroffen staut es sich dort —> Kaltverfestigung

Gleiten wird irgendwann blockiert.

a) Zahn quer zum Faserverlauf -> Gleiten findet statt

b) In Ordnung: Werkstoff um 90° gedreht -> Fasern parallel zu den Zähnen. Kann deutlich mehr Kraft aushalten

c) Gut: Zahnrad schmieden. Faserlinien liegen am besten  

Fließspannung ist Spannung über aktuellen Querschnitt.

Es findet ein Fließen und somit eine plastische Verformung statt, sobald die Fließspannung die Fließbedingung erfüllt.

tau = tau_F

Für eine mehrdimensionale Schubspannung kann eine Vergleichsspannung berechnet werden.

• Maximale Normalspannung -> Hauptspannungen -> Sigma_1,2,3 von Groß nach klein

• Fließbedingung: sigmav = k_f (Fließspannung)

Logarithmierte Formänderungsverhältnisse

Das Aufsummieren der Umforgrade ist durch die Normierung sinnvoll.

Bei der plastischen Verformung eines Bauteils bleibt das Volumen eines Körpers konstant. Es können folgende Gleichungen aufgestellt werden:

Vergleichsumformgrad schätzt die Gesamtumformung des Werkstückes ab. Ist der maximale Umformgrad.

Vergleichsumformgeschwindigkeit ist ein Vergleichswert für zeitlichen Verlauf

Bei Fließkurven wird der aktuelle Werkstoffsquerschnitt betrachte und die Fließspannung über den Umformgrad abgetragen.

Zunahme nimmt durch Kaltverfestigung ab. Je geringer die Temperatur desto stärker tritt die Kaltverfestigung auf

1. Zunnächst Abfall, das Material weicher wird.

2. Ab 150°C Versprödung, da hier Kaltverfestigung stark auftritt.

3. Danach überwiegt die temperaturbedingte Entfestigung

• Wenn die Geschwindigkeit steigt, steigt auch die Fließspannung.

• Einfluss nur bei hohen Temperaturen, weil Kaltverfestigung bei Raumtemperatur nicht aufgelöst werden kann.

Für die Fließspannung gilt bei

• unlegierte und niedriglegierte Stähle

• NE-Metalle

• beim Kaltumformen

Verformbarkeit nimmt mit steigendem hydrostatischen Druck zu

Fläche unter Fließkurve

• Längswalzen

• Querwalzen

• Schrägwalzen

• Feinwalzen

Klassisches Walzen:

• Walzgut quer zu den Achsen der Walzen

Walzachsen sind schräg zueinander angeordnet. Walzen durch kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeit.

Mit Walzen: Rundes Walzgut wird mit der Achse parallel zu den Walzen gewalzt

Mit Walzen und Segmenten: Walzgut zwischen Segment und Walze (auch parallele Achsen)

Mit Walzbecken: Walzgut wird zwischen zwei planparallelen Platten hin und her bewegt.

Unterscheidung in

• Oberflächenfeinwanzeln

• Festwalzen

• Maßwalzen

je nach Produktionsziel

Flach-Längs-Walzen -> Walzgut quer zu den Achsen -> Bleche

Profil-Längs-Walzen -> Walzgut kann Profilen entsprechen -> evtl. Stopfstange -> Profilstäbe

Formteil-Längwalzen -> Kettenlaschen

1. Formteil-Querwalzen -> Walzgut zwischen Werkzeug und Flachbacke -> Kettenlaschen

• wirtschaftlich ab hohen Stückzahlen

• a) Flachbackenwerkzeug

• b) mit Walzen

1. Profil-Querwalzen -> Gewinde (Durchlaufverfahren)

1. Profil-Schrägwalzen

• Für Nahtlose Rohre aus Vollmaterial

• Innenprofil möglich

1. Formteil-Schrägwalzen

• Kontinuierliches Walzen, bis Kugel herausfällt

• für Kugelllager

1. Feinwalzen mit Einstechverfahren

1. Feinwalzen im Durchlaufverfahren

1. Profil-Feinwalzen

• Stauchen

• Recken

• Rundkneten

• Absetzen

• Breiten

• Dengeln

• Schweifen

• Treiben

Brr Dass T

Abmessungen (Höhe) eines Werkstückes mindern durch Drücken des Werkstückes vom Ober -auf den Untersattel.

Schrittweises vermindern des Querschnittes unter Verdrängung des Materials in Längsrichtung:

Verminderung des Querschnittes von Stäben oder Rohren unter schrittweiser Drehung des Schmiedestückes.

1. Einseitiges Absetzen:

   1. Obersattel (verkürzt) auf WS drücken

   2. Untersattel ist Fläche

   3. Eindruck nur von Oben

2. Zweiseiten Absetzen:

   1. Wie Einseitiges nur von beiden Seiten

3. Breiten

   1. Mehrfaches zweiseitiges Absetzen

1. Dengeln: Mit Hammer zur Schneide Formen (Seiten Scharf)

2. Treiben: Treibhammer + Treibstock für plastische Verformung

3. Schweifen: Blechrand wird durch gleichmäßige Schweifhammerschläge gestreckt

—> Blech wird dünner und härter -> zum Umbiegen

Feinschmieden: Rundkneten bei Schmiedetemperatur

• Rundkneten sonst bei Raumtemperatur.

Genauschmieden ist Gesenkschmieden mit höhere Genauigkeit durch nachträgliches Kalibrieren

Wird als Warmumformung gemacht:

• Mit Grat

  • Werkstück wird in Form gepresst

  • Überschüssiges Material entflieht durch Grat

• Ohne Grat

  • Werkstück wird vollständig umschlossen

Kalten: Kaltschmieden bzw. Vollprägen

(-) Volumen des WS muss genau an Form angepasst sein

(+) Hohe Genauigkeit und weniger Nachbearbeitung

w = m_A / m_E

Bedarfsfaktor = Anfangsmasse / Endmasse

Endmasse auf X-Achse

Freiformen:

• Kontur des WS ist nicht gegeben

• Werkzeug: Sattel

Gesenkformen:

• Kontur gegeben

• Werkzeug: Gesenk

• Gesenkformen ist schneller

• Werkzeug teuerer

—> Bei hohen Stückzahlen ist Gesenkformen zu wählen

1. Starker Anstieg Kraft

2. Mit zunehmender Kaltverfestigung steigt die Kraft dann Exponentiell

3. Weg nimmt mit jedem Schlaf ab

4. Arbeit pro Schlag bleibt konstant

Unterscheidung in Art der bereitgestellten Kraft und Energie

• Kraftgebunden

• Arbeitsgebunden

• Weggebunden

z.B Hammer schlägt auf Fläche

• Umformkraft nimmt konstant zu, wenn Arbeit konstant bleibt

• Arbeit wird vollständig umgesetzt

• Mehrere Schläge nötig, wenn Arbeitsbedarf > Arbeitsvermögen eins Spiels

• Obersattel wird mit einem bestimmten Druck beauftragt.

• Maximale kraft ist auf F_n der durch die Konstruktion der Maschine begrenzte Druckkraft reduziert

• Kraftspitze des Umformgangs muss < F_n sein

Es wird solange umgeformt, bis bestimmter Weg erreicht wird

• Stabkinematik formt einen Weg

• z.B Kurbelpresse fährt den Stößel Weg x hoch +

• Es gibt einen maximalen Weg

Bewegen sich aufeinander zu

weggesteuert

Weggesteuert

Beim Durchdrücken wird das Rohteil durch ein hohles Werkzeug hindurchgedrückt.

• Verjüngen

• Fließpressen

• Stangendrücken

Aufgeheizter Block durch Stempel unter Druck gesetzt tritt als Stange aus Matrizenöffnung

Werkstück wird komplett durchgedrückt

Werkstück wird noch komplett durchgestreckt. Ausknicken kann passieren wenn Umformgrad hoch ist

Beim Einprägen wird ein Relief oder eine Beschriftung durch Einpressen eines Prägestempels erzeugt (z. B. beim Münzprägen).

Durch das Rändeln werden Muster bzw. Profile, z. B. in Griffen, eingedrückt.

Das Körnen erfolgt mit Körner und Hammerschlag, z.B. zum Markieren von Bohrstellen.

Zum Beispiel Kochtöpfe

“Fließpressen für Bleche”

1. Ausgangszustand: rundes Blech (Ronde)

2. Werkstück in Mitte der Matrize platzieren

3. Niederhalter hält WS durch Druck fest

4. Stempel drückt Ronde nach unten

5. —> Es entsteht ein Hohlraum + äußerer Durchmesser wird geringer

• Es herschen sowohl zieh als auch Druckspannungen.

• Radiale Zug, tangentiale Druck

• Druck > Zug

• Druck durch Niederhalter und Druckstempel

• Zug durch Streckung/Stempel

a) Zu hohe Spannung

b) Zu hohe Spannung

c) Anisotropie des WS

f) ungleichmäßiges Fließen des WS

Durchs Umformen werden Körner in eine Richtung gestreckt. Folglich weist der WS verschiedene Eigenschaften in verschiedene Raumrichtungen auf.

—> Richtungsabhängigkeit eines Vorgangs

• Messwert: r-Wert

Durch die anisotrope Eigenschaft kommt es zur Zipfelbildung:

• Unterschiedliche Widerstände in verschiedene Richtungen —> Zipfel bleiben stehen

Maßnahmen:

1. Verwendung eines Niederhalter

2. Rekristallisationsglühen zur Beseitigung —> Kristallite bilden sich neu.

Ziehverhältnis: Verhältnis von Ronden- zu Napfdurchmesser beim ziehen Kreiszylindrischer Näpfe.

• Ziehkraft ∼ Umformgrad

Grenzziehverhältnis darf nicht überschritten werden, sonst Bodenreißer. Zur not Tiefziehen in mehreren Schritten.

1. Mit Gummistempel

2. mit Gummikissen

Wofür: Ein Stempel kann mit mehreren Matrizen Funktionen und genauso andersrum

1. Blech liegt auf Flüssigkeitsbehälter

2. Wirkmedium baut Druck auf

3. Stempel runter

Weshalb? Schutz durch Medium, Maßgenauigkeit höher, Blechdicke bleibt konstant

Besonderheit: Schnell, sehr gute Oberflächengüte

• Material kann nicht nachfließen

• Bodenkraft = Stempelkraft - Reibkraft —> Geringere Bodenkraft

• Ab 3-6 Schräge unendlich ziehen

Umformen metallischer Rohre oder Körper in einem geschlossenen Formwerkzeug mittel Innendruck.

• Mit Stauchen -> Während pressen wird es längs gestaucht

• Mit Doppelplatine (wirtschaftlicher)

• Wichtigster Anwendungsfall des Durchziehens

• Werkstück wird durch Ziehring gezogen —> Querschnitt wird dünner

• Zug-Druck-Umformen

Plastische Verformung durch Biegebeanspruchung

1. Gesenkbiegen

2. Walzprofilieren

3. Schwenkbiegen

4. Randbiegen

Wie Gesenkschmieden nur mit

• Blech

• Biegestempel

• Biegegesenk

Biegen mit rotierender Bewegung.

Blechband durch mehrere Walzenpaare (Fließband)

WS in Klemmbacke. Biegewange schwenkt um Drehpunkt.

Blech in Klemmvorrichtung und wird um Biegedorn herumgebogen.

Rissbildung am Außenrand —> Biegeradius vergrößern

• Außenseite —> Zugspannung

• Innenseite —> Druckspannung

• Neutrale Faser = 0

-> Elastischer Anteil muss beachtet werden