Handbuch Umformtechnik (eBook)

Inhalt 10
1 Einleitung 14
1.1 Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung der Umformtechnik 14
1.1.1 Historische Entwicklung (der Umformtechnik) 14
1.1.2 Gründung umformtechnischer Institute in Deutschland 16
1.1.3 Wirtschaftliche Bedeutung der Umformtechnik 18
1.1.4 Definitionen der Umformtechnik 19
1.2 Einteilung der Umformverfahren 21
1.2.1 Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 21
1.2.2 Einteilung der Umformverfahren nach DIN 23
Literatur zu Kapitel 1 25
2 Grundlagen der Umformtechnik 26
2.1 Werkstoffverhalten 26
2.1.1 Werkstoffkundliche Aspekte 26
2.1.2 Metallkundliche Grundlagen 48
2.2 Bezogene und logarithmische Formänderung 68
2.3 Umformgeschwindigkeit 76
2.4 Fließkurven und Aufnahmeverfahren 77
2.4.1 Klassischer Zugversuch 81
2.4.2 Zugversuch nach Siebel 83
2.4.3 Auswertung der Breiteneinschnürung bei einer Flachzugprobe 84
2.4.4 Zugversuch nach Reihle 90
2.4.5 Zugversuch an vorgewalzten Blechproben 96
2.4.6 Hydraulische Tiefung 97
2.4.7 Zylinderstauchversuch 101
2.4.8 Kegelstauchversuch 102
2.4.9 Einfluss von Temperatur und Umformgeschwindigkeit auf die Fließspannung 103
2.5 Einführung in die Berechnung umformtechnischer Prozesse 108
2.5.1 Gemeinsame Grundlagen der Elastizitätsund Plastizitätsrechnung 109
2.5.2 Elastizitätsrechnung 138
2.5.3 Plastizitätsrechnung 159
2.5.4 Umformkraft und Umformarbeit 186
2.5.5 Berechnungsverfahren der Plastizitätsrechnung 198
2.6 Einfluss der Reibung auf den Umformprozess 234
2.6.1 Reibungszustände 236
2.6.2 Oberflächenkenngrößen für Werkzeuge 239
2.6.3 Mathematische Beschreibung der Reibung 245
2.6.4 Experimentelle Ermittlung des Reibwerts 253
Literatur zu Kapitel 2 265
3 Blechumformung 270
3.1 Verfahren der Blechumformung 270
3.2 Tiefziehen im Anschlag 273
3.2.1 Spannungen beim Tiefziehen 276
3.2.2 Formänderungen im Flanschbereich 278
3.2.3 Kräfte beim Tiefziehen 281
3.2.4 Krafteinleitung beim Tiefziehen 291
3.2.5 Verlauf der örtlichen Formänderungen 298
3.2.6 Berücksichtigung des Anstiegs der Kaltverfestigung im Ziehteilflansch 299
3.2.7 Einfluss Fließkurvenlage auf das Grenzziehverhältnis 301
3.2.8 Versagensarten 303
3.2.9 Einflussgrößen auf das Tiefziehergebnis 303
3.2.10 Ermittlung des Arbeitsbereichs (Gutteilfenster) 304
3.3 Tiefziehen im Weiterschlag 307
3.4 Blechprüfverfahren 307
3.4.1 Näpfchenprüfung nach Swift 308
3.4.2 Ermittlung des Grenzziehverhältnisses nach Schmidt 309
3.4.3 Ziehverhältnis nach Dutschke für nichtrotatorische Geometrien 310
3.4.4 Erichsen-Prüfung nach ISO20482 310
3.4.5 Engelhardt-Test 311
3.4.6 Zugversuch nach EN10002 und EN10130 313
3.4.7 Kreuzzugversuch 319
3.4.8 Ermittlung von Grenzformänderungskurven 322
3.5 Ermittlung von lokalen Formänderungen 327
3.6 Werkzeugtechnik für das Tiefziehen 333
3.6.1 Aufbau von Tiefziehwerkzeugen 333
3.6.2 Betätigungsarten des Niederhalters 343
3.6.3 Niederhaltersysteme 352
3.7 Wirkmedienbasierte Umformung 360
3.7.1 Hydromechanisches Tiefziehen 361
3.7.2 Beheiztes hydromechanisches Tiefziehen 365
3.7.3 Hochdruckblechumformung (HBU) 367
3.7.4 Fluidzell-Umformung 368
3.7.5 Innenhochdruck-Umformung (IHU) 369
3.8 Warmumformung 372
3.8.1 Beheiztes Tiefziehen 372
3.8.2 Presshärten 377
3.9 Sonderverfahren der Blechumformung 379
3.10 Scherschneiden 381
3.11 Biegen 389
3.11.1 Biegeverfahren 389
3.11.2 Richten durch Biegen 395
3.12 Fügen 397
3.12.1 Bördeln 397
3.12.2 Falzen 406
3.12.3 Clinchen 413
3.12.4 Stanznieten 421
3.13 Werkzeugverschleiß beim Umformen 424
3.13.1 Verschleißmechanismen 424
3.13.2 Maßnahmen zur Verschleißreduktion 430
3.13.3 Weitere Maßnahmen zur Verschleißreduktion 442
3.14 Blechwerkstoffe 451
3.14.1 Stähle 451
3.14.2 Aluminiumlegierungen 457
3.14.3 Magnesiumlegierungen 460
3.14.4 Reintitanwerkstoffe 463
3.14.5 Beschichtete Bleche 466
Literatur zu Kapitel 3 469
4 Massivumformung 484
4.1 Einteilung der Verfahren 484
4.2 Stauchen 487
4.2.1 Kenngrößen beim Stauchen 487
4.2.2 Spannungsverhältnisse beim Stauchen 489
4.2.3 Umformarbeit 499
4.2.4 Verfahrensgrenzen beim Stauchen 502
4.2.5 Reibungseinfluss beim Stauchversuch 505
4.3 Freiformschmieden 507
4.3.1 Sattelformen 509
4.3.2 Bauteilformen 509
4.3.3 Vor- und Nachteile des Freiformschmiedens 510
4.4 Gesenkschmieden 512
4.4.1 Grundlagen des Gesenkschmiedens 513
4.4.2 Verfahrensablauf 542
4.4.3 Werkzeugtechnik 583
4.4.4 Verschleiß von Schmiedegesenken 593
4.4.5 Warmarbeitsstähle für den Gesenkbau 628
4.4.6 Schmiedestähle 636
4.4.7 Einfluss der Umformmaschine auf den Schmiedeprozess 636
4.4.8 Vor- und Nachteile des Gesenkschmiedens 637
4.5 Fließpressen 640
4.5.1 Verfahren mit Beispielbauteilen 640
4.5.2 Voll-Vorwärts-Fließpressen 643
4.5.3 Hohl-Vorwärts-Fließpressen 657
4.5.4 Napf-Rückwärts-Fließpressen 662
4.5.5 Verfahrensablauf beim Fließpressen 666
4.5.6 Verfahrenstypische Eigenschaften des Kaltfließpressens 675
4.6 Strangpressen 676
4.6.1 Strangpressprofile – Auswahl herstellbarer Formen 677
4.7 Massivumformung von Leichtmetallen 679
4.7.1 Schmieden von Aluminiumlegierungen 679
4.7.2 Schmieden von Magnesiumlegierungen 691
4.8 Thixoschmieden als Sonderverfahren der Massivumformung 696
4.8.1 Definition Thixotropie (rheologische Grundlagen) 698
4.8.2 Besondere Anforderungen an den Werkstoff 698
4.8.3 Verfahrensanforderungen 700
4.8.4 Vorteile des Thixoschmiedens 706
4.9 Pulverschmieden 707
4.9.1 Verfahrensablauf bei der Herstellung von Sinterteilen 708
4.9.2 Technologie des Pulverschmiedens 710
Literatur zu Kapitel 4 714
5 Umformmaschinen 724
5.1 Einteilung der Umformmaschinen 724
5.2 Arbeitsgebundene Umformmaschinen 730
5.2.1 Schmiedehämmer 730
5.2.2 Spindelpressen 741
5.3 Weggebundene Umformmaschinen 756
5.3.1 Funktionsprinzip weggebundener Umformmaschinen 756
5.3.2 Bauarten weggebundener Umformmaschinen 756
5.3.3 Baugruppen von weggebundenen Pressen 767
5.3.4 Arbeitsvermögen der weggebundenen Umformmaschine 826
5.4 Kraftgebundene Umformmaschinen (Hydraulische Pressen) 836
5.4.1 Funktionsprinzip kraftgebundener Umformmaschinen 837
5.4.2 Baugruppen von kraftgebundenen Umformmaschinen 841
5.4.3 Bewertung von kraftgebundenen Pressen 849
5.5 Industrieller Einsatz von Umformmaschinen 851
5.5.1 Pressensysteme in der Karosseriefertigung 851
5.5.2 Schnellläuferpressen/Stanzautomaten 863
5.5.3 Weggebundene Schmiedepressen 874
5.5.4 Pressen für die Kaltumformung 877
5.5.5 Einarbeitungspressen 882
5.6 Genauigkeitskenngrößen von Umformmaschinen 886
5.6.1 Geometrische Genauigkeit der unbelasteten Maschine 886
5.6.2 Elastische Nachgiebigkeiten der belasteten Maschine 887
5.6.3 Messaufbau zur Bestimmung der Genauigkeit unter Last 898
5.6.4 Anteile der Baugruppen an der Maschinengenauigkeit 902
5.6.5 Auswirkung der Maschinen- und Werkzeugsteifigkeit 904
5.6.6 Verlagerungsverläufe (Beispiele) 908
Literatur zu Kapitel 5 913
Sachverzeichnis 916

5 Umformmaschinen (S. 711)

Zur spanlosen Formgebung von Werkstoffen werden Maschinen eingesetzt, die unter Verwendung entsprechender Werkzeuge die zur Verformung des Materials erforderlichen Umformkräfte und Energien aufbringen. Je nach Art des Formgebungsprozesses sind die Einsatzbedingungen und somit Anforderungen an die Umformmaschinen unterschiedlich. Es existiert eine Vielzahl von zum Teil sehr speziellen Bauarten und Auslegungsvarianten. Die folgenden Abschnitte geben einen Überblick über die Möglichkeiten, die heute in Fertigungsbetrieben zur Verfügung stehen.

Umformmaschinen sind Investitionsgüter, die eine Nutzungsdauer von mehr als 25 Jahren erreichen können. Der Auswahl und Bewertung von geeigneten Umformmaschinen für die jeweilige Umformoperation kommt daher höchste Bedeutung zu.

5.1 Einteilung der Umformmaschinen

Maschinen der Umformtechnik werden nach drei spezifischen Kenngrößen eingeteilt:

Arbeit: Arbeits- bzw. energiegebundene Umformmaschinen, Hämmer und Spindelpressen
Weg: Weggebundene Umformmaschinen, Mechanische Kurbel und Exzenterpressen
Kraft: Kraftgebundene Umformmaschinen, Hydraulikpressen

Im Folgenden werden Kenngrößen, Vorteile, Nachteile und Einsatzgebiete der einzelnen Pressentypen erläutert (Abb. 5.1).

Arbeitsgebundene Umformmaschinen
Kenngröße:

Die spezifische Kenngröße der arbeitsgebundenen Maschine ist ihre Arbeitsenergie,
die zu Anfang der Umformoperation in der Maschine gespeichert ist.

• Beim Hammer (Abb. 5.2) als potenzielle Energie Wpot.
• Bei der Spindelpresse (Abb. 5.3) als rotatorische Energie Wrot.

(Abbildungen sind kein Bestandteil der Leseprobe)