Grundlagen der Fertigungstechnik 2

Flansch:

• Zweiachsiger Spannungszustand aus radialer Zugspannung und tangentialer Druckspannung

Zarge:

• Primär einachsiger Zugsapnnungszustand

Boden:

• Ein geringer, zweiachsiger Zugspannungszustand, ähnlich dem Streckziehen. (Boden wird nach unten gedrückt durch den Stempel und über diesen gespannt)

Aggregatzustand des Ausgangsstoffs (Zustand des formlosen Materials):

• Flüssig

• plastisch (teigig)

• Körnig lder pulverförmig

• Gas oder Dampfförmig

Art der Form (Werkzeug):

• Verlorene Formen

• Dauerformen

Art der Formfüllung (Wirkprinzip):

• Schwerkraft

• Druck

• Zentrifugalkraft

Die Kraft nimmt zu.

Da bei zu schneller Umformung die Rekristallisation (findet statt weil Warm) nicht hinterher kommt. Diese benötigt Zeit da sie durch Diffusion erfolgt und führt bei ausreichender Zeit zu einer “Entfestigung". Durch zu hohe Geschwindigkeit bauen sich schneller Verfestigungen (Versetzumgen im Kristallgitter, Härtung) auf, als diese abgebaut werdne können.

In der Folge nimmt die nötige Kraft zu.

Ein klassisches Tiefziehwerkzeug (Erstzug) besteht primär aus vier Komponenten, die in einer Skizze wie folgt anzuordnen sind:

1. Ziehring (Matrize): Das hohle Unterteil, in das das Blech gezogen wird.

2. Stempel: Das zylindrische Oberteil, das die Umformkraft aufbringt und das Blech in die Matrize drückt.

3. Niederhalter: Ein Ring, der von oben auf den Rand des Blechzuschnitts drückt, um Faltenbildung erster Art zu verhindern.

4. Ronde (Blechzuschnitt): Das Ausgangsmaterial, das sich zwischen Ziehring und Niederhalter befindet und in die Matrize gezogen wird.

1. Im Flansch: Hier herrscht ein radialer Zugspannungszustand (durch das Hineinziehen in die Matrize) überlagert von einem tangentialen Druckspannungszustand (da der Umfang der Ronde beim Einziehen verkleinert wird). Dieser Druck ist die Ursache für mögliche Faltenbildung.

2. In der Zarge (Wand): Hier liegt primär ein einachsiger Zugspannungszustand in Längsrichtung vor, da die Zarge die Umformkraft vom Stempelboden in den Flansch übertragen muss.

3. Im Boden: Hier herrscht ein zweiachsiger (biaxialer) Zugspannungszustand, da der Stempel das Blechmaterial über die Stempelrundung spannt und nach außen dehnt.

Eine Stufenversetzung wird klassischerweise als ein regelmäßiges Atomgitter (z. B. gezeichnet als ein Raster aus Kreisen) dargestellt, in das von oben eine zusätzliche Atom-Halbebene eingeschoben ist. Das untere Ende dieser eingeschobenen Halbebene bildet die eigentliche Versetzungslinie (in der Literatur oft mit dem Symbol „⊥“ gekennzeichnet). Im direkten Umfeld dieses Bereichs ist das Atomgitter lokal stark verzerrt.

Warum lässt sich ein metallischer Werkstoff leichter umformen als ein perfekter Einkristall? Um einen perfekten Einkristall plastisch abzuscheren, müssten alle atomaren Bindungen entlang einer Gleitebene gleichzeitig aufgebrochen und nach der Verschiebung um einen Atomabstand neu geknüpft werden. Dies erfordert eine extrem hohe theoretische Schubspannung.

Reale metallische Werkstoffe enthalten jedoch immer Gitterbaufehler, vor allem Versetzungen. Bei mechanischer Belastung (Umformung) müssen nicht alle Bindungen einer Gleitebene auf einmal getrennt werden. Stattdessen "wandert" die Stufenversetzung schrittweise durch das Kristallgitter. Dabei wird immer nur eine Atomreihe nach der anderen umgeklappt und neu verbunden. (Ein gängiges Modell hierfür ist das Verschieben eines schweren Teppichs: Anstatt den ganzen Teppich auf einmal zu ziehen, schiebt man eine kleine Falte hindurch). Dieser Mechanismus der Versetzungsbewegung erfordert nur einen Bruchteil der Energie, wodurch die reale Fließspannung (Streckgrenze) eines Metalls weit unter der theoretischen Festigkeit eines perfekten Kristalls liegt.

Der qualitative Kurvenverlauf für einen typischen duktilen metallischen Werkstoff beginnt mit einer steilen, linearen Geraden (Hooke'scher Bereich, rein elastisch). Danach flacht die Kurve ab (Beginn der plastischen Verformung) und steigt bogenförmig durch Kaltverfestigung bis zu einem Maximum an. Nach diesem Maximum fällt die Kurve ab, da sich die Probe lokal einschnürt, bis sie schließlich bricht.

Einzuzeichnende Kenngrößen:

1. Streckgrenze ($R_e$): Zu finden am Ende der linearen Steigung auf der y-Achse. Es ist die Spannung, bei der die Hooke'sche Gerade verlassen wird und die irreversible plastische Verformung (das Fließen) beginnt. (Hinweis: Hat der Werkstoff keine ausgeprägte Streckgrenze, wird stattdessen die Dehngrenze $R_{p0,2}$ eingezeichnet).

2. Zugfestigkeit ($R_m$): Der höchste Punkt (das Maximum) der Kurve, projiziert auf die y-Achse. Dies ist die maximale Spannung, die das Bauteil bezogen auf den Ausgangsquerschnitt ertragen kann, bevor die lokale Einschnürung beginnt.

3. Gleichmaßdehnung ($A_g$): Dieser Punkt wird auf der x-Achse (Dehnung) markiert und liegt exakt lotrecht unter dem Maximum der Zugfestigkeit ($R_m$). Bis zu dieser Dehnung verformt sich die Probe über ihre gesamte Messlänge gleichmäßig.

4. Bruchdehnung ($A$): Der allerletzte Punkt der Kurve im Moment des Versagens, lotrecht nach unten auf die x-Achse projiziert. Er markiert die maximal erreichte bleibende plastische Dehnung nach dem Bruch.

Beim Walzen herrscht in der Umformzone überwiegend ein dreiachsiger Druckspannungszustand. Der Werkstoff wird durch die Walzkraft gestaucht, während gleichzeitig Längs- und Querspannungen (durch Reibung und Materialverdrängung) als Druckspannungen wirken.

1. Zeichne zwei sich gegenläufig drehende kreisrunde Walzen (Ober- und Unterwalze).

2. Das Blech läuft von links (mit Dicke $h_0$) in den Walzspalt ein und verlässt ihn rechts (mit reduzierter Dicke $h_1$).

3. Hauptumformzone: Der Bereich des Bleches, der direkten Kontakt mit beiden Walzen hat (vom Eintrittspunkt bis zum Austrittspunkt der Walze). Dieser Bereich wird im Schnitt schraffiert.

4. Stichabnahme ($\Delta h$): Die Differenz der Blechdicke vor und nach dem Walzen. Sie wird eingezeichnet als vertikaler Höhenunterschied an der Oberfläche:

   $$\Delta h = h_0 - h_1$$

1. Konventionelles Scherschneiden:

   • Komponenten: Schneidstempel, Niederhalter (optional), Blech, Schneidplatte (Matrize).

   • Prinzip: Relativ großer Schneidspalt (ca. 5-10% der Blechdicke). Der Stempel drückt das Blech in die Matrize, das Material wird erst plastisch verformt und reißt dann schlagartig ab.

2. Feinschneiden:

   • Komponenten: Schneidstempel, Niederhalter mit Ringzacke, Blech, Schneidplatte, Gegenstempel.

   • Prinzip: Extrem kleiner Schneidspalt (ca. 0,5% der Blechdicke). Die Ringzacke presst sich in das Blech und erzeugt hohe Druckspannungen (verhindert das Fließen nach außen). Der Gegenstempel drückt von unten gegen das Blech. Das Material wird durch diesen extremen Druckspannungszustand am Reißen gehindert und fließt rein plastisch abgeschert ab.

1. Konventionelles Scherschneiden: Die Schnittfläche besteht nur zu ca. 30 % aus einem glatten Glattschnittanteil. Der restliche Bereich (ca. 70 %) ist eine raue, gerissene Bruchzone. Zudem weist das Bauteil einen deutlichen Kanteneinzug auf der Stempelseite und einen starken Grat auf der Austrittsseite auf. Die Schnittfläche ist oft leicht schräg (Schnittwinkel).

2. Feinschneiden: Die Schnittfläche besteht zu 100 % aus Glattschnitt (keine raue Bruchzone oder Ausrisse). Die geschnittene Kante ist exakt rechtwinklig zur Blechoberfläche. Es gibt kaum Kanteneinzug und nur eine sehr feine Gratbildung, was eine Nachbearbeitung meist überflüssig macht.

1. Bleche zeichnen: Zeichnen Sie zwei Bleche, die flach aufeinanderliegen.

2. Die Vertiefung (Napf): Zeichnen Sie eine napfförmige, topfartige Vertiefung, die durch den Stempel nach unten in die Matrize gedrückt wurde.

3. Die Materialausbreitung am Boden: Am Boden dieser Vertiefung muss das Material beider Bleche bauchig zur Seite (radial) ausfließen. Der Boden ist also breiter als der "Hals" der Vertiefung.

4. Hinterschnitt einzeichnen (WICHTIG): Der Hinterschnitt ist der entscheidende Mechanismus beim Clinchen. Er befindet sich dort, wo das obere Blech (stempelseitig) in die Breite geflossen ist und sich formschlüssig unter das Material des unteren Blechs geschoben hat.

   • Kennzeichnung: Ziehen Sie eine vertikale Hilfslinie an der engsten Stelle des Halses nach unten. Der horizontale Bereich am Boden, um den das fließende Material breiter ist als diese Halslinie, ist der Hinterschnitt (auch Interlock genannt). Markieren Sie dieses Maß mit Maßpfeilen und dem Begriff "Hinterschnitt".

Ein liegender einfacher Falz (oft auch einfacher Zugfalz genannt) verbindet zwei Blechränder formschlüssig und flach.

1. Blech 1 (von links): Zeichnen Sie ein Blech, das von links kommt, am Ende um 180° nach oben (und zurück) gebogen wird und einen offenen Haken bildet.

2. Blech 2 (von rechts): Zeichnen Sie ein zweites Blech, das von rechts kommt, am Ende um 180° nach unten (und zurück) gebogen wird.

3. Das Verhaken: Die beiden gebogenen Enden greifen in der Skizze ineinander (wie zwei Hände, die sich an den Fingern festhalten).

4. Flachpressen: Der gesamte hakenförmige Bereich ist flach auf die Ebene der Bleche heruntergepresst (daher "liegend").

5. Kontrolle: In der fertigen Querschnittsskizze müssen an der Verbindungsstelle genau vier Blechlagen direkt übereinanderliegen.

Umformen ist die gezielte Änderung der Form, der Oberfläche und der Werkstoffeigenschaften eines Werkstücks unter Beibehaltung von Masse und Stoffzusammenhang.

Umformen ist Fertigen durch plastische Verformung fester Körper.

-> Urformen

-> Umformen

-> Fügen

-> Trennen

-> Beschichten

-> Stoffeigenschaften ändern

Nach einer elastischen Verformung nehmen Werkstücke ihre ursprüngliche Form wieder an.

Nach einer plastischen Verformung behalten die Werkstücke ihre neue Form nach Entlastung bei.

Ein Werkstoff ist gut umformbar, wenn bei geringer Spannung eine starke bleibende Dehnung erfolgt. Die Bruchdehnung eines Werkstoffes ist ein Maß für seine Umformbarkeit.

Ein kalt umgeformtes Gefüge bildet oberhalb der Rekristallisationstemperatur ein neues Gefüge.

Metallische Werkstoffe lassen sich bei hohen Temperaturen leichter umformen als bei Raumtemperatur.

Eine Kaltumformung führt zu einer Verfestigung metallischer Werkstoffe. Die Festigkeit und Härte des umgeformten Werkstoffes steigen an, und die Umformbarkeit sinkt.

Biegemoment = Biegekraft x Hebelarm

Beim Biegen wird der äußere Werkstoffbereich gestreckt und der innere gestaucht. Die mittlere Schicht behält ihre Ausgangslänge und wird neutrale Faser genannt.

Beim Biegen wirken im Streckbereich Zugspannungen, im Stauchbereich Druckspannungen.

Die neutrale Faser Ist frei von Spannungen.

Beim Umformen durch Biegen treten bei Metallen gleichzeitig elastische und plastische Verformung auf. Daher federt das Werkstück nach Entlastung um den Betrag der elastischen Verformung zurück.

Gewalzte Werkstoffe haben faserähnlichen Aufbau. Die Faserrichtung Entspricht der Walzrichtung. Die Festigkeit ist in Walzrichtung größer als quer zur Walzrichtung.

Aluminium blank / eloxiert

• Kühlbleche für die Unterhaltungselektronik

• Scheiben und Ziehteile Kupfer

– Dichtscheiben

– Kühlbleche Messing

• Kontaktstifte für die Elektro und Elektronikindustrie Bronze

– Kontaktfedern für die Elektroindustrie

Beim freien Biegen von Rohren werden Querschnittsveränderungen durch Füllungen vermieden.

Beim Schmieden werden metallische Werkstücke durch Druckkräfte umgeformt. Dabei werden die Festigkeitseigenschaften des Schmiedestücks verbessert.

Die Schmiedeanfangstemperatur ist hoch zu wählen, um den Umformwiderstand klein zu halten und einen großen Temperaturbereich zum Schmieden zu nutzen.

Massivumformung:

Überführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine andere Form, bei der der Werkstoff, bei teils sehr großen Querschnitts- und Wanddickenänderungen, in alle Richtungen verteilt wird.

Blechumformung:

Überführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine andere Form bei der aus flächenhaft zu beschreibenden Rohteilen Hohlwerkstücke mit annähernd konstanter Wanddicke erzeugt werden.

Plastische Verformung besteht in einem sukzessiven Wandern von Versetzungen unter der Wirkung von Schubspannungen.

Werkstoffe: In der Regel werden in der Umformtechnik Werkstücke aus Metall, bzw. aus schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellten Metall-Legierungen oder Verbundwerkstoffe verarbeitet.

• Kraftkenngröße

  • Nennkraft

  • Presskraft in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel

  • Niederhalterkraft

  • Auswerfkraft in Tisch und Stößel

  • Kraft-Weg-Kennlinie

  • Tischbelastungsschaubild

• Genauigkeitskenngrößen

  • Ebenheit und Parallelität der Werkzeugaufspannfläche

  • Rechtwinkligkeit der Stößelbewegung

  • Tisch und Stößeldurchbiegung

  • Gesamtkippung zwischen Tisch und Stößel

  • Spiel in Führungen und Triebwerk

• Energiekenngrößen

  • Arbeitsvermögen

  • Energieinhalt

  • Drehzahlabfall

  • Federarbeit

• Geometrische Kenngrößen

  • Hub

  • Werkzeugbauhöhe

  • nutzbare Tisch- und Stößelfläche

  • Stößel- und Tischverstellung

  • Abmessungen der Ständerdurchbrüche

• Zeitkenngrößen

  • Einzelhubzahl im Leerlauf und unter Last

  • Dauerhubzahl

  • Auftreffgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Hub

  • Stößelgeschwindigkeit

  • Berührzeit

• Bedingungen am Aufstellplatz

  • elektrischer Anschluss

  • Gesamtgewicht

  • Gesamtabmessungen

  • Fundamentierung

  • Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz

-> Werkzeugmaschinen zum umfromen:

• Hämmer

• Pressen

• Walzmaschinen

• Biegemaschinen

• Ziehmaschinen

• Maschinen zum Umformen mit Wirkmedien

1. Das Vollstanznieten (VSN)

Beim Vollstanznieten wird ein massiver Nietstempel verwendet. Der Prozess zeichnet sich dadurch aus, dass das Material komplett durchstanzt wird.

• Der Prozess: Der Stempel drückt den Vollniet durch alle Blechlagen. Das ausgestanzte Material (der Butzen) wird durch die Öffnung in der Matrize nach unten abgeführt. Die Matrize drückt anschließend das Material der unteren Blechlage in spezielle Ringnuten am Nietschaft. Dadurch entsteht ein Formschluss.

• Besondere Vorteile:

  • Erzeugt auf beiden Seiten der Verbindung eine fast ebene Oberfläche.

  • Ideal, wenn sehr harte oder spröde Werkstoffe (die sich nicht plastisch verformen lassen) gefügt werden müssen. Voraussetzung ist, dass die hochfeste Lage oben liegt (stempelseitig).

  • Es können problemlos mehr als drei Lagen gefügt werden.

2. Das (Halb-)Hohlstanznieten (HSN)

Dieses Verfahren hat sich im modernen Leichtbau (Automobilindustrie) als Standard etabliert. Der Niet ist hierbei hohl oder halbhohl (zylindrischer Schaft mit zentraler Sacklochbohrung).

• Der Prozess: Der Niet stanzt sich durch die obere(n) Lage(n) des Materials. Wenn er auf die unterste Blechlage trifft, durchtrennt er diese jedoch nicht. Stattdessen wird der hohle Nietschaft durch die Form der Gegenmatrize nach außen aufgespreizt. Er verkrallt sich (plastische Verformung) in der untersten Schicht und bildet einen Schließkopf.

• Besondere Vorteile:

  • Da die unterste Lage nicht durchstoßen wird, ist die Verbindung von Natur aus flüssigkeits- und gasdicht (wichtig z. B. bei Karosserien zum Schutz vor Korrosion).

  • Es entsteht kein Stanzabfall, der im Prozess störend wirken oder aufwendig abgeführt werden müsste.

  • Die aufgespreizte Form im unteren Blech sorgt für eine extrem hohe Festigkeit, insbesondere gegen Zug- und Scherbelastungen.

  • Hervorragend geeignet für Mischbauweisen (z. B. Aluminium mit Stahl oder Kunststoffen).

Die Nietverbindung

Nieten kommen vor allem dort zum Einsatz, wo Bauteile dauerhaft zusammenbleiben sollen, im Leichtbau (Flugzeuge, KFZ-Karosserien) und bei dünnen Blechen.

Vorteile (Pro):

• Kein selbsttätiges Lösen: Nieten sind extrem beständig gegen dynamische Belastungen und Vibrationen. Wo eine Schraube sich freirütteln könnte, hält der Niet.

• Hervorragend für Mischbauweisen: Unterschiedliche Materialien (z. B. Aluminium mit Stahl, Kunststoffe mit Metall) lassen sich problemlos verbinden.

• Keine Gewindefertigung: Bei dünnen Blechen fehlt oft das "Fleisch", um ein tragfähiges Gewinde für eine Schraube zu schneiden. Hier ist das Nieten ideal.

• Kein Verzug durch Wärme: Im Gegensatz zum Schweißen entsteht beim Nieten keine Wärmeeinflusszone (Gefügeänderung).

• Schnelle Taktzeiten: Setzprozesse (gerade in der Automatisierung) dauern oft nur Bruchteile einer Sekunde.

Nachteile (Con):

• Wartungsfeindlich: Die Verbindung kann nur durch Zerstörung des Niets (Aufbohren, Abschleifen) gelöst werden.

• Geringere axiale Belastbarkeit: Nieten nehmen Scherkräfte sehr gut auf, sind aber bei starken Zugkräften (in Achsrichtung) einer hochfesten Schraube unterlegen.

• Qualitätskontrolle: Eine fehlerhafte Nietverbindung (z. B. unsichtbare Risse im Schließkopf) ist schwerer zerstörungsfrei zu prüfen als das Anzugsmoment einer Schraube.

Die Schraubverbindung

Schrauben sind der Standard, wenn hohe Kräfte übertragen werden müssen oder eine Demontage zwingend erforderlich ist.

Vorteile (Pro):

• Wartung und Reparatur: Die Verbindung kann beliebig oft gelöst und wiederhergestellt werden, ohne die Bauteile zu beschädigen.

• Kontrollierte Vorspannung: Durch das exakte Anzugsdrehmoment lässt sich die Flächenpressung und Klemmkraft der Bauteile genau berechnen und einstellen.

• Hohe Tragfähigkeit: Hochfeste Schrauben (z. B. Festigkeitsklasse 10.9 oder 12.9) können enorme Zug- und Scherkräfte aufnehmen.

• Hohe Standardisierung: Schrauben sind genormte Massenartikel, die weltweit leicht verfügbar und austauschbar sind.

Nachteile (Con):

• Gefahr des Losdrehens: Bei thermischen Schwankungen, Setzerscheinungen oder Vibrationen können sich Schrauben lösen. Es sind zusätzliche Maßnahmen (Schraubensicherungslack, Spannscheiben, Sperrkantringe) nötig.

• Aufwendigere Vorbereitung: Es muss entweder ein Gewinde in das Bauteil geschnitten werden (kosten- und zeitintensiv) oder es wird eine Mutter benötigt (beidseitige Zugänglichkeit erforderlich).

• Kerbwirkung: Das Gewinde stellt eine geometrische Kerbe dar, was die Schraube anfällig für Materialermüdung bei schwellenden oder wechselnden Belastungen macht.

-> Risse, Funktion nio....

1. Ziehkanten-Radius ist zu klein: Folge: Bodenreißer (der Boden des Tiefziehteils reißt komplett ab) oder starke Risse in der Zargenwand.

2. Ziehkanten-Radius ist zu groß: Folge: Faltenbildung (Flanschfalten 1. Ordnung oder Zargenfalten)

3. Stempel-Radius ist zu klein: Folge: Lokale Materialausdünnung und frühzeitiger Bodenreißer, direkt an der inneren Kante, noch bevor der eigentliche Ziehprozess vollständig abgeschlossen ist.

4. Stempel-Radius ist zu groß: Folge: Schlechte Maßhaltigkeit, unebener Bauteilboden und Gefahr von Bodenfalten (Puckering)

• Material kann gut fließen -> Reibungsminderung und Kraftersparnis

• Vermeidung von Kaltpressschweißungen (Adhäsion)

• Verschleißschutz für das Werkzeug

• Verbesserung der Oberflächengüte

• Wärmeabfuhr (Kühlung)

• Gezielte Steuerung des Materialflusses

  (Dies ist besonders beim Tiefziehen relevant) Man kann Schmierstoffe nutzen, um den Prozess aktiv zu steuern.

  • Im Bereich des Flansches und der Ziehkante wird stark geschmiert, damit das Material leicht nachrutschen kann.

  • Im Bereich des Stempelbodens wird oft gar nicht geschmiert (oder aufgeraut), damit das Blech dort durch Haftreibung am Stempel fixiert wird und nicht ausdünnt.

Walzen & Gesenkumformen prio in KA

1. Bodenreißer (Bodenabriss)

2. Faltenbildung

Falten entstehen, wenn das Material dem Druck ausweicht, anstatt sauber zu fließen. Man unterscheidet zwei Arten:

3. Zipfelbildung

Ursachen: Dieser Fehler ist werkstoffbedingt und resultiert aus der sogenannten planaren Anisotropie. Durch den vorherigen Walzprozess des Blechs hat das Material in verschiedene Richtungen unterschiedliche Fließeigenschaften

4. Rissbildung in der Zarge

Neben dem Boden können auch Längs- oder Querrisse in der Wand (Zarge) des Bauteils auftreten.

5. Maß- und Formabweichungen (Rückfederung)

Nach dem Entnehmen des Bauteils aus dem Werkzeug entspricht die Form nicht exakt der Werkzeuggeometrie.

6. Orangenhaut

Ursachen: Ein zu grobkörniges Mikrogefüge im Ausgangsblech. Wenn sich die großen Körner bei der plastischen Verformung gegeneinander verschieben, zeichnet sich dies an der freien Oberfläche ab.

Spröde Werkstoffe brechen bei Überlastung schlagartig und nahezu ohne vorherige plastische (bleibende) Verformung. Sie können meist hohe Druckkräfte, aber nur geringe Zugkräfte aufnehmen.

Zähe (duktile) Werkstoffe verformen sich unter Krafteinwirkung zunächst sichtbar plastisch, bevor sie irgendwann reißen. Sie "geben nach" und können dabei viel Energie aufnehmen.

Spröde Werkstoffe

1. Glas

2. Grauguss (Gusseisen)

3. Keramik (z. B. Aluminiumoxid, Porzellan)

4. Beton

Zähe Werkstoffe

1. Kupfer

2. Baustahl

3. Aluminium

4. Polycarbonat

Wann wählst du Falzen?

• Für Endlosverbindungen an Rändern: Falzen ist eine durchgehende Linienverbindung entlang einer Bauteilkante.

• Wenn die Optik (Sichtbereich) entscheidend ist: Das Verfahren hinterlässt auf der Außenseite eine völlig glatte, makellose Fläche ohne Fügepunkte.

• Typisches Beispiel im Automobilbau: Das Verbinden der Außenhaut einer Motorhaube oder Autotür mit dem inneren Strukturblech. Die glatte Außenseite wird lackiert, der Falz liegt unsichtbar innen.

• Zum Versteifen und Entschärfen: Wenn ein dünnes Blech am Rand nicht scharfkantig sein darf und gleichzeitig mehr Steifigkeit braucht.

Wann wählst du Clinchen?

• Als Alternative zum Punktschweißen: Clinchen erzeugt punktuelle Verbindungen mitten in der Fläche oder an Flanschen, nicht zwingend am Rand.

• Bei Mischbauweise: Wenn du verschiedene Werkstoffe verbinden musst (z. B. Aluminium mit Stahl), bei denen Schweißen metallurgisch unmöglich oder extrem aufwendig ist.

• Bei beschichteten Blechen: Verzinkte oder vorlackierte Bleche können geclincht werden, ohne dass die Beschichtung verbrennt (wie es beim Schweißen passiert) und der Korrosionsschutz verloren geht.

• Wenn beidseitige Zugänglichkeit gegeben ist: Das Werkzeug (Stempel und Matrize) muss wie eine Zange von beiden Seiten an das Bauteil herankommen.

Bei einfachen Umformvorgängen: Analytsiche Methoden zur Abschätzung der Presskraft/Ermittlung notwendiger Blechzuschnitt

Bei komplexeren: FEM z.B.

Ziele:

-> Überprüfung Konzept zur Fertigung eines Werkstücks

-> Beurteilung der Produkteigenschaften

-> Optimierung des Verfahrens

Ermöglicht betrachtung von (im Modellversuch nicht aufnehmbar):

-> Spannungen

-> Formänderungen

-> Reibkräfte

-> Eigenspannungen uvm.

Draht oder Stangenmaterial kann ohne Vorbehandlung nicht ins Presswerkzeug, sonst sehr großer Verschleis und Kaltverschweißung zwischen Werkstück und Werkzeug.

-> Beizen (entfernt Rost und Zunder)

-> Phospahtieren (Poröseschicht auftragen damit Schmiermittel halten)

-> Schmieren (Reibung vermindern) -> Kalk/Seife/Mineralöle/Molybdändisulfid

Walzen (Längswalzen als Standardfall)

Das Walzen ist in der Regel ein kontinuierliches oder stetiges Umformverfahren, bei dem der Werkstoff zwischen zwei (oder mehr) rotierenden Werkzeugen – den Walzen – plastisch verformt wird.

Prozessbeschreibung:

1. Zuführung: Das Ausgangsmaterial (z. B. ein gegossener Barren, eine Bramme oder ein Blech) wird dem Walzspalt zugeführt.

2. Einzug: Die gegenläufig rotierenden Walzen erfassen das Material durch Reibung. Voraussetzung ist, dass die Einzugsbedingung erfüllt ist (der Reibungswinkel muss größer sein als der Greifwinkel).

3. Umformzone (Walzspalt): Der Abstand der Walzen (der Walzspalt) ist geringer als die Ausgangsdicke des Materials. Beim Durchlauf wird das Material in der Höhe gestaucht (Dickenabnahme).

4. Materialfluss: Da das Volumen des Werkstoffs konstant bleibt, weicht das Material hauptsächlich in die Länge aus (Längung) und nur geringfügig in die Breite (Breitung).

5. Austritt: Das Material verlässt den Walzspalt mit einer geringeren Dicke, einer größeren Länge und einer höheren Geschwindigkeit, als es eingetreten ist (Voreilen).

Gesenkumformen (Gesenkschmieden)

Das Gesenkumformen ist ein diskontinuierliches Druckumformverfahren, bei dem das Material durch gegeneinander bewegte Werkzeuge (das Gesenk) eine gezielte, meist dreidimensionale Form erhält. Die Form des fertigen Werkstücks ist als Negativ im Werkzeug (der Gravur) eingearbeitet.

Prozessbeschreibung:

1. Erwärmung (meistens): Das Rohteil (z. B. ein abgelängter Stahlknüppel) wird in der Regel auf Schmiedetemperatur erwärmt, um die Fließspannung zu senken und das Formfüllungsvermögen zu erhöhen.

2. Einlegen: Das Rohteil wird in das Untergesenk eingelegt. Oft sind mehrere Vorformschritte (Schmieden in Vor- und Zwischengravuren) nötig, bevor das Teil in die Endgravur kommt.

3. Umformung (Schlag oder Druck): Das Obergesenk fährt nach unten (durch Hämmer oder Pressen). Das Material beginnt plastisch zu fließen und füllt die Hohlräume (Gravuren) der Werkzeughälften aus.

4. Gratbildung (beim Schmieden mit Grat): Da das exakte Volumen des Rohteils schwer zu dosieren ist, wird mit einem leichten Materialüberschuss gearbeitet. Sobald die Gravur gefüllt ist, fließt das überschüssige Material in einen schmalen Spalt zwischen den Gesenkhälften ab und bildet den Grat. Dieser Grat kühlt schnell ab, erhöht den Fließwiderstand drastisch und zwingt das verbleibende Material, selbst feinste Ecken der Gravur unter hohem Druck vollständig auszufüllen.

5. Entnahme und Nachbearbeitung: Das Schmiedeteil wird entnommen und kühlt ab. Anschließend wird der Grat in einem separaten Schritt (Abgraten) weggestanzt.

Kein zusätzliches Material nötig

-> Zerteilen -> Scherschneiden / Messersschneiden / Spalten / Reißen / Brechen / Beißschneiden

-> Abtragen -> Thermisches-/ Chemisches- / Elektro-Chemisches-Abtragen

-> Thermisches Abtragen durch

• Gas

• elektrische Gasentladung (Funken, Lichtbogen, Plasma)

• Strahl (Licht, Laser, Ionen, Elektronen)

-> Chemisches Abtragen = Reinigen bspw

Damit das Material gleichmäßig fließt, keine Risse entstehen und die Werkzeugbelastung sinkt.

1. Reinigung/Entzundern ↳ entfernen von zunder, Öl, Schmutz

2. Schmierung/Beschichtung ↳ Aufbringen von Schmierstoffen zur verringerung der Reibung

3. Einstellung der Materialeigenschaften ↳ Weichglühen/Rekristalisationsglühen oder Richten zur Verbesserung des Fließverhaltens.

Hier ist der Text aus dem zweiten Bild:

Herstellung:

1. Draht abrollen

2. Kaltumformen

3. Gewinde Walzen

4. Wärmebehandeln

Vorteile:

• hohe Festigkeit

• hohe Produktivität

Damit die Walzen sich unter Last nicht durchbiegen und das Blech über die gesammte Breite gleichmäßig dick wird.

↳ Durchbiegungsausgleich unter hoher Last/Kraft.

-Kraft

-Hub

-Takt

-Geschw.

-Öffnung

-Tisch

Rissbildung, Falten, Einschnürrung

-Dichtigkeit

-Hohe Festigkeit

Unterschied: Nieten benötigt ein Zusatzteil (Niet) und Clinchen nicht.

Vorteile:

• Schnell

• Kostengünstig (kein Zusatzteil)

• Dünne Bleche möglich

1. Positionierung der Bleche

• Überlappte Bleche werden ohne Vorloch in das Werkzeug eingelegt

• Matrize stützt die untere Lage.

2. Durchstanzen der Oberen Lage

• Der Vollstanzniet wird vom Stempel mit hoher Kraft eingedrückt

• Er durchstanzt die Oberen bleche vollständig (Blechlagen).

3. Umformen der Matrize

• Der Nietkopf drückt weiter nach unten.

• Das untere Blech wird durch die Matrizengeometrie umgeformt -> es entsteht ein Hinterschnitt/Schließkopf (Formschluss).

4. Fertige Verbindung / zurückfahren

• Der Niet sitz fest.

• Kraftschluss durch Pressung

• Formschluss durch Hinterschnitt

Damit die Schneidkraft reduziert wird und der Schnitt weicher, gleichmäßiger und Werkzeugschonender erfolgt.

Damit das Material sauber abschert, die Schneidkraft sinkt und die Werkzeuge nicht beschädigt werden.

5 - 10% der Blechdicke

↳ bei 2mm = 0,1 - 0,2mm pro Seite

Feinschneiden liefert glatte, nahezu gratfreie Schnittflächen mit 100% Scheranteil.

Erreicht dadurch: Niederhalter + Gegenstempel + minimaler Schneidspalt