7. Vorlesung · 2010. 6. 16. · Inhalt der Vorlesung. Folie 3 Umformende Werkzeugmaschinen SS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7 Verfahrenseinteilung Werkstofftechnik

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Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7

7. Vorlesung

Umformende Werkzeugmaschinen

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• Definition und Einteilung der Verfahren

• Vergleich Umformen - Trennen

• Werkstofftechnische Grundlagen

• Überblick über Umformmaschinen

• Pressen

• Sonderverfahren

Inhalt der Vorlesung

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Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik

Definition

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

Eingliederung des Umformens in DIN 8580

Urformen

Fügen Beschichten Stoffeigenschaftändern

TrennenUmformen

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Umformen

Wal

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Vorwiegend zur Massivumformung eingesetzte Verfahren

Vorwiegend zur Blechumformung eingesetzte Verfahren

Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen

Einteilung der Fertigungsverfahren des Umformens nach DIN 8582

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MassivumformungÜberführung 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.

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

Quelle: AVL Schrick/Schuler

Massivumformung - Blechumformung

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Prinzipien einiger Fertigungsverfahren des Umformens

Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen

Walzen Durchziehen Längen Biegen mit geradliniger Werk-zeugbewegung

Verdrehen

Freiformen Tiefziehen Weiten

Biegen mit drehender Werkzeugbewegung

Verschieben

Durchdrücken Kragenziehen Tiefen

Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 1: Maschinenarten, Bauformen und Anwendungsbereiche

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Vergleich Umformen - Trennen

Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik

Umformverfahren Trennende Verfahren

Vorteile- kein Abfall- kurze Fertigungszeiten- Festigkeitserhöhung

- flexible Bearbeitung- alle Werkstoffe bearbeitbar- geringe Investitionskosten- hohe Genauigkeit

Nachteile- hohe Kräfte erforderlich- hohe Investitionskosten- geringe Flexibilität

- lange Fertigungszeit- Späneabfall- Kerbwirkung durch unterbrochenen Faserverlauf

Haupt-anwendungs-gebiete

- Massenfertigung- Karosserien für den Fahrzeugbau

- Normteile(Schrauben, Niete)

- Einzel- und Serienfertigung- Bauteile mit hoher Genauigkeit(Form, Lage, Oberfläche)

- Bauteile aus nicht umformbarenWerkstoffen (Granit, gehärteter Stahl)

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Ausgangszustand,unverzerrt

verzerrt Ausgangszustand Abgeglitten

Elastische Verformung:• reversibel•Verzerrung der Gitterstruktur•Rückstellkräfte im Atomverband bewirken Wiederherstellung des Ursprungs-zustands

• linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Verformungsweg (Energieelastizität)

Plastische Verformung:• irreversibel •Veränderung der Gitterstruktur•Atomreihen verschieben sich beim Überschreiten einer bestimmten Grenzspannung innerhalb der Kristalle gegeneinander (Hauptmechanismus), zusätzlich Zwillingsbildung und Korngrenzengleiten

Verformungsmechanismen

Ausgangszustand, unverzerrt

verzerrt Ausgangszustand abgeglitten

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Erreichen einer Mindestspannung (Fließspannung)

Vorhandensein von Versetzungen im Atomgitter

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

Voraussetzungen für eine plastische Verformung

Stufenversetzung Schraubenversetzung

GleitebeneGleitebene

Verset-zungslinie t

Versetzungslinie t b: Burgers-Vektor

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

Wichtige Kenngrößen:

Fließspannung k = FAf

Querschnittsfläche A

Zugkraft F

l1l0

Formänderung = lnϕl

l

l1

0

Werkstoffe und Kenngrößen

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© ReimmannSchwenkbiegemaschine

Kniehebelpresse

Beispiele für Umformmaschinen

Werkstücke:BlechgehäuseBlechverkleidungen

Werkstücke:ProfilblecheFassadenbleche

Werkstück

Stempel

Matrize

Werkstück

Klemmbacke

Wange


© Schuler

Tiefen


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© Kärcher-Zell

© MetalpresWalzmaschine

Rollbiegemaschine

© Schuler

Beispiele für Umformmaschinen

Werkstücke:AuspuffrohreÜberrollbügel

Werkstücke:Feinbleche

Werkstück

Walzen

Werkstück

Richtwalzen




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• Einzelhubzahl im Leerlauf und unter Last• Dauerhubzahl• Auftreffgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Hub• Stößelgeschwindigkeit• Berührzeit

Zeitkenngrößen

• Arbeitsvermögen• Energieinhalt• Drehzahlabfall• Federarbeit

Energiekenngrößen

• Nennkraft• Presskraft in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel• Niederhalterkraft• Auswerfkraft in Tisch und Stößel• Kraft-Weg-Kennlinie• Tischbelastungsschaubild

Kraftkenngrößen

• elektrischer Anschluss• Gesamtgewicht• Gesamtabmessungen• Fundamentierung• Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz

Bedingungen am Aufstellplatz

• Hub• Werkzeugbauhöhe• nutzbare Tisch- und Stößelfläche• Stößel- und Tischverstellung• Abmessungen der Ständerdurchbrüche

Geometrische Kenngrößen

• Ebenheit und Parallelität der Werkzeugaufspannfläche• Rechtwinkligkeit der Stößelbewegung• Tisch und Stößeldurchbiegung• Gesamtkippung zwischen Tisch und Stößel• Spiel in Führungen und Triebwerk

Genauigkeitskenngrößen

Kenngrößen

Umform-

maschinen


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Einteilung nach Maschinenart und -funktion (DIN 69 651)

Maschinenzum Umformenmit Wirkmedien

Pressen WalzmaschinenHämmer Biegemaschinen Ziehmaschinen

• Gesenkbiege-pressen

• Rollbiege-maschinen

• Walzbiege-maschinen

• Schwenkbiege-maschinen

• Umlaufbiege-maschinen

• Maschinen für freies Biegen

• Automat für Drähte, Bänder

• Schabotte-hammer

• Gegenschlag-hammer

• Mechanische Pressen

• Schwunggrad-spindelpressen

• Hydraulische Pressen

• Pneumatische Pressen

• Langwalz-maschinen

• Querwalz-maschinen

• Schrägwalz-maschinen

• Sonderwalz-maschinen

• Gleitzieh-maschinen

• Walzzieh-maschinen

• Streckricht-maschinen

• Maschinen zum Weiten mit Werkzeugen

• Streckzieh-maschinen

• Wirkmedien mit kraft-gebundener Wirkung

• Wirkmedien mit energie-gebundener Wirkung

• Maschinen zum Umformen mit Wirkenergie

Werkzeugmaschinenfür die Metallbearbeitung

Werkzeugmaschinenzum Umformen

Werkzeugmaschinenzum Trennen

Werkzeugmaschinenzum Fügen


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Weg-Zeit-Gesetz derStößelbe-wegung

w pA

t

h

t

h

t

h

t

h frei steuerbar

t

h

n

l

r

nr

h

Prinzip

Beispiel

energiegebunden weggebunden kraftgebunden

Fallhammer Spindelpresse Exzenter-presse

Kniehebel-presse

HydraulischePresse

Charakter.Kenngröße

Masse (m)Geschwindigkeit (v)

Radius (r)Masse (m)Winkelge-schwindigkeit (w)

Radius (r)Drehzahl (n)

Radius (r)Drehzahl (n)Kniegeometrie

Druck (p)Kolbenfläche (A)

v

m

Vorteile- geringe Investi-

tionskosten- hohe Umform-geschwindigkeit

- große Endkräfte,- geringe Arbeits-geschwindigkeit

- hohe Arbeitsge-nauigkeit,

- hohe Umform-energie

- hohe Produktivität,- einstellbare

Hublänge

- flexibles Weg-Zeit-Verhaltendes Stößels

rm

Grundsätzliche Funktionsprinzipien

h


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b) Doppelständerbauweise

A) C-Gestellformen

B) O-Gestellformen

a) Einständerbauweise

c) Rahmenbauweise d) Säulenbauweise

Bauformen und Bauarten von Gestellen

Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 2: Konstruktion und Berechnung

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Pressen

• mechanische und hydraulische Pressen• einfach und doppelt wirkende Pressen• Pressenstraßen• Transferpressen• Presswerke

© Schuler

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Prinzipieller Aufbau mechanisch und hydraulisch angetriebener Pressen

Antrieb

Pressenkopf

Stößel

Ständer

Werkzeug

Pressentisch

Dämpferelemente

Antrieb

Pressenkopf

Stößel

Ständer

Werkzeug

Pressentisch

Dämpferelemente


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einfach wirkende Presse doppelt wirkende Presse

Ziehvorgänge auf einfach und doppelt wirkenden Pressen

Ziehstößel

Auswerfer

Zieheinrichtung

Blechhalterstößel

Stempel


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Pressenstraßen sind hintereinander gereihte Einzelpressen, die meist durch Handhabungsmaschinen verkettet sind.

Roboterautomatisierte hydraulische PressenstraßeQuelle: SMG

Pressenstraßen

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Verkettung einer Pressenstraße durch automatisierten Werkstücktransport

Automatisierter Teiletransport bei Pressenstraßen

Einlegefeeder

CNC-Feeder CNC-Feeder

WenderWaschmaschine Zwischenablage


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Vorteile im Vergleich zu Pressenstraßen

• Platzbedarf bis zu 70 % reduziert• Reduzierung der zu installierenden Leistung um 50 %

• Senkung der Investitionskosten um 40 %

• hohe Transport-geschwindigkeiten Senkung der Nebenzeiten

Hohe Wirtschaftlichkeit

Anschlag Stößel Auswerfer

Zieheinrichtung

erster Zug zweiter Zug

Tischplatte

Randbeschneiden

Randhochstellen

Transferpressen


Alle zur Herstellung eines Werkstücks erforderlichen Arbeitsoperationen werden in einerPresse zusammengefasst und annähernd gleichzeitig durchgeführt. Es wird mit jedemStößelhub ein Teil gefertigt.

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Großteil-Transferpresse für Karosserieteile

Transferpressen mit automatisiertem Teiletransport

Quelle: Müller Weingarten

Mechanischer Greiferschienentransfer für den Teiletransport

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Transferpresse für kleineund mittelgroße Teile

Transfersimulatoren Fertigteillager Werkzeuglager

Tryoutcenter

Pressenlinie

Großteil-Transferpresse mitGreiferschienen-Transfer

Großteil-Transferpresse mitSaugerbrücken-Transfer

Platinen-paketwinder

Coils

Platinen-schneidanlage

(SCHULER)

Komponenten eines Presswerks

Transferpresse für kleineund mittelgroße Teile

Transfersimulatoren Fertigteillager Werkzeuglager

Pressenlinie

Tryoutcenter

Großteil-Transferpresse mitGreifschienen-Transfer

Großteil-Transferpresse mitSaugerbrücken-Transfer

Coils

Platinen-schneidanlage

Platinen-paketwender


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Presswerk

12

3

4

6

13

9

2

5

8

10

11

7

1


1) Coillager

2) Platinenschneidanlage

3) Palettenzwischenlager

4) Platinenzwischenlager

5) Greiferschienen-Transferpresse

6) Werkzeuglager für 5)

7) Fertigteilgestelle für 5)

8) Saugerbrücken-Transferpresse

9) Werkzeuglager für 8)

10) Fertigteilgestelle für 8)

11) zum Fertigteil-zwischenlager

12) Büro und Sozialräume

13) Werkzeugreparatur und Reinigung

Layout eines Presswerks mit Materialfluss

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Sonderverfahren

• Innenhochdruckumformung• Impulsmagnetische Umformung

Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung

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Das Verfahren basiert darauf, dass ein Rohr aufgeweitet, dabei axial oder radial gestaucht und durch einen Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert wird.

1. Presse schließen 2. Füllen mit Druckmedium

Gegenhalter

Rohr

Werkzeugformhälfte

Dichtstempel

3. Horizontalzylinder anfahren, Druck regeln, Gegenhalter führen

4. Presse öffnen, Teil ausstoßen

Innenhochdruckumformung (IHU)

NebenformT-Stück


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Innenhochdruckumformung

Füllventil

Stößelzylinder

Stößel

Gegenhalter

Horizontalzylinder

Druckbalken mit Stützrolle

Vier-Säulen-IHU-PresseRahmen-IHU-PresseQuelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik

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IHU - Anwendungen

© Schuler

Abgaskrümmer© Schuler

Querträger

© Schuler

Längsträger (im Herstellungsprozess)Fahrradlenker

© Premtec

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Die impulsmagnetische Umformung nutzt die Kraftwirkung eines Impulsmagnetfeldes zur Umformung elektrisch leitfähiger Werkstücke.

Impulsmagnetische Umformung (IMU)

Vorteile

• hohe Wiederholgenauigkeit (wenige Parameter)

• Berührungsloses Verfahren• auch Werkstücke mit nichtleitender

Beschichtung umformbar• Kaltumformung• keine Emission von Schadstoffen

Nachteile• nicht zur Massivumformung

geeignet• schlechter Wirkungsgrad bei

großflächiger Umformung von Blechen

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IMU - Verfahrensvarianten

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IMU - Anwendungen

© IFUTEC

Fügeverbindung an einem Kraftstoffeinfüllstutzen

Kompressionsspule

Flachspule

Flachspule

Expansionsspule

durch Kompression gefügte PKW - Antriebswelle

© IWF, TU-Berlin

© Maxwell Magneform Inc.

flachumgeformte Aluminiumreflektoren

Fügen durch Expansion© IWF, TU-Berlin

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