Vorlesung Fertigungstechnik 6. Umformen

1. VorlesungFertigungstechnik6. Umformen J. Evers April 2010

2. Umformen - Einleitung Beim Umformen werden Werkstücke durch plastisches Verformen hergestellt. Viele Formen können durch Umformen viel kosten-günstiger als mit anderen Verfahren (Fügen, Urformen) hergestellt werden. Außerdem werden meist die mechanischen Eigenschaften gegenüber dem Ausgangszustand verbessert. • Vorteile des Umformens: • verbesserte Festigkeit • auch schwierige Formen herstellbar • gute Maß- und Formgenauigkeit • kein Werkstoffverlust • bei hohen Stückzahlen kostengünstig • nicht unterbrochener Faserverlauf

3. Umformen – Verhalten der Werkstoffe Die Umformbarkeit eines Werkstoffes hängt von seiner Zähigkeit ab. Auskunft darüber liefert das Spannungs-Dehnungs-Diagramm. Das Umformen erfolgt im plastischen Bereich, d.h. zwischen der Streckgrenze und der Zugfestigkeit. Werkstoffe mit großer plastischer Dehnung lassen sich demnach gut umformen und federn nur wenig zurück. Kaltumformen: Nach der Umformung bei Raumtemperatur verfestigt sich der Werkstoff. Deshalb wird anschließend geglüht, um die Versprödung zu beseitigen. Warmumformen: Die Werkstoffe lassen sich leichter umformen und die Neigung zur Versprödung und Rißbildung ist geringer.

4. Umformen - Verfahren • Die Umformverfahren können nach ihrer • Art, der Richtung der Kräfte und der verwendeten Werkzeuge in neben-stehende Gruppen unterteilt werden. • Biegeumformen • Zug-Druck-Umformen • Druckumformen • Zugumformen

5. Umformen - Biegeumformen Beim Biegen werden die Werkstücke mit Hilfe von Werkzeugen umgeformt. Gebogen werden Bleche, Rohre und Drähte. Beim Biegen werden die äußeren Bereiche des Werkstückes gestreckt und die inneren dagegen gestaucht. In der Mitte befindet sich die neutrale Faser.

6. Umformen - Biegeumformung Um Risse und Querschnittsänderungen in der Innenseite des Biegeteils zu verhindern, darf ein Mindestradius nicht unterschritten werden. Dieser Mindestbiegeradius ist vom Werkstoff und der Dicke abhängig. Nach dem Biegevorgang federn die Werkstücke etwas zurück (elastische Rückfederung). Deshalb muss das Werkstück überbogen werden (Überbiegewinkel) und der Stempelradius etwas kleiner gewählt werden. Stempelradius Überbiegewinkel

7. Umformen - Biegeumformung Einfasche Biegearbeiten oder Reparaturen können mit einem Hammer erledigt werden. Genauere Arbeiten dagegen werden mit Maschinen oder Vorrichtungen hergestellt. Die beiden häufigsten Verfahren sind das Schwenkbiegen und das Abkanten. In den beiden Abbildungen sind das Schwenkbiegen für Bleche und für Rohre zu sehen.

8. Umformen - Biegeumformen Beim Abkanten wird das Blech vom Biegestempel in das Gelenk gedrückt. Sobald sich Biegeradius oder Biegewinkel ändern, müssen die Werkszeuge ausgetauscht werden.

9. Umformen - Zugdruckumformen Tiefziehen: Beim Tiefziehen wird ein Blech in einem oder mehreren Zügen zu einem Hohlkörper umgeformt, die Blechdicke ändert sich dabei aber kaum. Der Zuschnitt wird durch den Niederhalter auf die Ziehmatrize gepresst und danach zieht der Stempel das Blech durch die Matrize. Aus der Kreisringfläche wird der Mantel des Ziehteils gebildet. Weil der Durchmesser des Kreisringes größer ist als der des fertigen Napfes, fließt das übrige Material in den Mantel des Ziehteiles. Die Höhe ist deshalb größer als die Breite des Ringes. Das Tiefziehen ist abhängig von der Werkstoffdicke, der Werkzeugradien und dem verwendeten Schmiermittel.

10. Umformen - Zugdruckumformen Hydromechanisches Tiefziehen: Das umzuformende Teile erhält seine Form durch die Form des Ziehstempels. Während des Ziehvorganges wird das Blech durch Druckflüssigkeit an den Stempel gepresst und dadurch umgeformt. Der Blechzuschnitt wird auf die Dichtung des Wasserkastens gelegt und durch den Niederhalter gespannt. Der Stempel fährt nach unten und presst die Platine in das Wasserkissen. Dadurch baut sich im Wasser ein hoher Druck auf. Die Höhe des Drucks wird durch ein Ventil bestimmt, durch das die verdrängte Flüssigkeit abfließen kann. Mit diesem Verfahren können im Unterschied zum konventionellen Verfahren auch kegelige oder parabolförmige Blechteile hergestellt werden.

11. Umformen - Zugdruckumformen Durchziehen: Beim Ziehen werden Drähte Flachprofile oder auch Rohre durch ein sich verengendes Ziehwerkzeug gezogen. Man erhält dadurch formgenaue Fertigerzeugnisse mit kleiner Ruhtiefe (Hydraulikrohre). Drücken: Beim Drücken wird ein runder Blechzuschnitt mit einer Drückrolle an eine rotierende Drückform gepresst. Dadurch lassen sich Stahlbleche zu Felgen oder Kesselböden herstellen.

12. Umformen - Druckumformen Beim Druckumformen wird das Werkstück durch Druckkräfte umgeformt. Zum Druckumformen gehören die Fertigungsverfahren Frei- und Gesenkformen (Frei- und Gesenkschmieden) und Durchdrücken.

13. Umformen - Druckumformen Schmiedetemperatur: Die Schmiedetemperatur richtet sich nach dem Werkstoff und muss Tabellen entnommen werden. Sie beträgt für unlegierte Stähle 1100°C. Unterhalb der Schmiedtemperatur darf nicht mehr gearbeitet werden, damit sich am Werkstück keine Risse bilden. Ist die Temperatur zu hoch, verbrennt der Stahl. Schmiedbarkeit: Die wichtigsten schmiedbaren Werkstoffe sind die Stähle, Aluminium- und Kupfer-knetlegierungen. Bei Stählen nimmt die Schmiedbarkeit mit steigendem C-Gehalt ab.

14. Umformen - Druckumformen Frei- und Gesenkschmieden: Beim Schmieden werden Werkstücke durch Schlag oder Pressen in geglühtem Zustand umgeformt. Durch die Erwärmung des Werkstoffes auf Schmiedetemperatur nimmt die Formbarkeit zu. Beim Freischmieden entsteht die Form durch gezielte Schläge aus dem Rohteil. Beim Gesenkschmieden wird das Stück in einem zweiteiligen Gesenk aus einem Rohteil geschlagen. Gesenke sind Stahl-formen aus warmfestem Werkzeugstahl. Anwendungsbeispiele sind Kurbel- und Nockenwellen.

15. Umformen - Druckumformen Durchdrücken: Die wichtigsten Verfahren sind das Strangpressen und das Fließpressen. Beim Strangpressen drückt der Stempel den Werkstoff durch die profilierte Matrize zu einem langen Strang mit vollem oder hohlem Querschnitt. Beim Fließpressen werden Platinen durch einem Stempel zu einem Werkstück gepresst. Dabei fließt der Werkstoff durch den Spalt zwischen Stempel und Matrize. Die Länge der Hohlteile kann bei zylindrischen Werk-stücken bis zum 6-fachen des Durch-messers betragen. Die Wanddicke reicht von 0,1 bis 1,5 mm, die Höhe bis 250mm.