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Produktionstechnik II VL 3: Umformen 8 Produktherstellung 8 Produktherstellung 82U f - Überblick über die Umformtechnik, umformtechnische Grundlagen 8.2 Umformen Grundlagen - ausgewählte Verfahren zur Massivumformung Walzen, Durchdrücken, Freiformschmieden und Gesenkformen - ausgewählte Verfahren zur Blechumformung Tiefziehen, Biegen, Schneiden, Impulsmagnetisches Umformen - Umformmaschinen Umformmaschinen Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann Technische Universität Berlin

8 Produktherstellung8 Produktherstellung...Produktionstechnik II VL 3: Umformen 8 Produktherstellung8 Produktherstellung 82U f-Überblick über die Umformtechnik, umformtechnische

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    8 Produktherstellung8 Produktherstellung

    8 2 U f

    - Überblick über die Umformtechnik, umformtechnische Grundlagen

    8.2 Umformen

    Grundlagen- ausgewählte Verfahren zur Massivumformung

    Walzen, Durchdrücken, Freiformschmieden und Gesenkformen

    - ausgewählte Verfahren zur BlechumformungTiefziehen, Biegen, Schneiden, Impulsmagnetisches Umformen

    - UmformmaschinenUmformmaschinen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Eingliederung des Umformens in DIN 8580g g

    FormgebenFormgeben

    Formschaffen Formändern

    Zusammenhaltbeibehalten

    Zusammenhaltvermindern

    Zusammenhaltvermehren

    Umformen Trennen Fügen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Fertigungsverfahren des Umformens nach g g gDIN 8582

    Umformen

    r

    Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen

    zen

    rmen

    form

    enck

    enrü

    cken

    iehe

    neh

    enzi

    ehen

    ken

    auch

    en

    gen

    ten

    en era

    dlin

    iger

    bew

    egun

    g

    iebe

    n

    ehen

    dreh

    ende

    rbe

    weg

    ung

    Wal

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    rG

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    Dur

    chdr

    Dur

    chz

    Tief

    zie

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    genz

    Drü

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    nick

    ba

    Läng

    Wei

    t

    Tief

    e

    egen

    mit

    gW

    erkz

    eugb

    Vers

    chi

    Verd

    re

    iege

    n m

    it d

    Wer

    kzeu

    gb

    Bie W B W

    V i d Bl h f i t t V f h

    Vorwiegend zur Massivumformung eingesetzte Verfahren

    Vorwiegend zur Blechumformung eingesetzte Verfahren

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Umformtechnische Grundlageng

    Definition nach DIN 8580: Umformen ist die gezielte Änderung der Form, der Oberfläche und der Werkstoffeigenschaften eines Werkstücks unter Beibehaltung von Masse und Stoffzusammenhang

    Werkstoff: Das Werkstück ist in der Regel aus Metall, bzw. einer schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellten Metall-Legierung oder aus einem Verbundwerkstoffp g g g g

    Wichtige Kenngrößen:Zugkraft F

    Querschnittsfläche AFließspannung k =

    FAf

    l0l1

    Formänderung = ln lll1

    00

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    MassivumformungMassivumformungMassivumformungMassivumformungDefinition:

    Überführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine d F b i d d W k t ff b i t il h ßandere Form bei der der Werkstoff bei teils sehr großen

    Querschnitts- und Wanddickenänderungen in alle Richtungen verteilt wird.

    Lange, Kurt: Lehrbuch der Umformtechnik. Band 2. Berlin Heidelberg New York: Springer 1974

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Vergleich Warm-, Halbwarm- und Kaltumformen

    Umformung Warm Halbwarm Kalt

    Temperatur (Stahl) 950 1200 °C 680 800 °C 20 °C

    g ,

    Temperatur (Stahl) 950...1200 C 680...800 C 20 C

    Temperatur (Aluminium) 420...480 °C ─ 20 °C

    Werkstückgewichte 0,05...1500 kg 0,001...50 kg 0,001...30 kgWerkstückgewichte 0,05...1500 kg 0,001...50 kg 0,001...30 kg

    Genauigkeit IT 13 - 16 IT 11 - 14 IT 8 - 11

    Oberflächengüte Rz > 50...100 µm > 30 µm > 10 µmg µ µ µ

    Fließspannungen f (T, Werkstoff)

    ~ 20...30 % ~ 30 - 50 % 100 %

    Umformvermögen Φ ≤ 6 Φ ≤ 4 Φ ≤ 1 6Umformvermögen f (T, Werkstoff)

    Φ ≤ 6 Φ ≤ 4 Φ ≤ 1,6

    „Umformkosten“ VDW-Studie 1991 Darmstadt

    bis 113 % 100 % bis 147 %Studie 1991, DarmstadtSpanende Nacharbeit hoch gering sehr gering

    Schuler GmbH

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Massivumformungg g

    • Walzen• DurchdrückenDurchdrücken• Freiformschmieden• G kf• Gesenkformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Walzverfahren nach DIN 8583 hinsichtlich gKinematik und Werkzeuggeometrie

    Walzen

    SchrägwalzenQuerwalzenLängswalzen

    Flach-Längswalzen

    Profil-Längswalzen

    Flach-Schrägwalzen

    Profil-Schrägwalzen

    Flach-Querwalzen

    Profil-Querwalzen

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Prinzip des Walzensp

    Geometrische Kenngrößen am Beispiel des Flach-Längswalzens

    dlgedrückte Länge:

    0

    1

    ll

    r

    1h

    Streckgrad:

    0

    1lnhh

    h

    0cos

    max. Umformgrad:

    Greifwinkel:

    0hh

    h

    Stichabnahme:

    Lange, Kurt: Lehrbuch der Umformtechnik. Band 2. Berlin Heidelberg New York: Springer 1974

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Anwendung der Walzverfahreng

    Fl h lLängswalzen Querwalzen SchrägwalzenBl h Bä d Ri htl R hFlachwalzen Bleche, Bänder

    Draht, Schienen

    Ringe

    Getriebewellen

    nahtlose Rohre

    Kugeln, GewindeProfilwalzen

    Walzen eines Ringes

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Massivumformungg g

    • Walzen• DurchdrückenDurchdrücken• Freiformschmieden• G kf• Gesenkformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung des Durchdrückverfahren nach DIN 8583gDurchdrücken

    Strangpressen

    Strangpressen mit

    Verjüngen

    Strangpressen mit Fließpressen mit Fließpressen mit

    Fließpressen

    starrem Werkzeug

    Vorwärts-Strangpressen

    Wirkmedium starrem Werkzeug Wirkmedium

    Vorwärts-Fließpressen

    Rückwärts-Strangpressen

    Quer-Strangpressen

    Rückwärts-Fließpressen

    Quer-Fließpressen

    Hydrostatisches Vorwärts-Strangpressen

    Hydrostatisches Vorwärts-Fließpressen

    Unterscheidung Fließpressen / Strangpressen:

    Lange, Kurt: Lehrbuch der Umformtechnik. Band 2. Berlin Heidelberg New York: Springer 1974

    Unterscheidung Fließpressen / Strangpressen:Das Fließpressen wird zur Stückgutfertigung einzelner Werkstücke eingesetzt, wohingegen das Strangpressen zur Fließfertigung von Halbzeugen dient.

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    StrangpressengpDas Strangpressen ist ein Verfahren zur Halbzeugherstellung von Voll- bzw. Hohlprofil mit nahezu beliebiger Querschnittsform.

    Anwendung:• Elemente für Leichtbaustrukturen• Teilelemente in Fahrzeugrahmen

    Einsatzgebiet:Herstellung von Halbzeugen aus FE-, Aluminium- und Magnesiumlegierungen g

    • Containment-Strukturensowie Titan

    Otto Fuchs MetallwerkeAudi AG

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Prozessparameter und Verfahrensprinzip des Strangpressensp p p gp

    Prozessparameter des Strangpressens:

    • hohe Arbeitstemperaturen von 0,7 bis 0 9 TS0,9 TS

    • große Umformgrade• große Querschnittsabnahme • hohe Pressdrücke von 350 bis 1500

    N/mm²

    • Ausbringungsmenge von 85 bis 95 %Ausbringungsmenge von 85 bis 95 %

    Verfahrensprinzip des direkten Strangpressens

    Krämer; Lauf: Umformtechnik. In: Spur, G.; Stöferle,T.: Handbuch der Fertigungstechnik. Band 2. München Wien: Hanser 1984

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Massivumformung3g g

    • Walzen• DurchdrückenDurchdrücken• Freiformschmieden• G kf• Gesenkformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    FreiformschmiedenZiel:Neben der Erzeugung einer bestimmten Bauteilgeometrie steht die Beseitigung der Gussstruktur und das Schließen von metallurgisch bedingten Hohlstellen und Poren im

    Einsatzgebiet:

    g gVordergrund.

    Herstellung von Halbzeugen und Werkstücken mit einem Stückgewicht von 1 kg bis 350 t in kleinen bis

    Anwendung:• Turbinenwellen

    mittleren Serien.

    • Turbinenwellen• Generatorwellen• Kurbelwellen für Großmotoren

    Dietrichs GmbH & Co. KG

    • Flanschwellen• Walzen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Verfahrensformen des FreiformschmiedensRecken:Verlängerung des Werkstückes bei gleichzeitiger Querschnittsabnahmegleichzeitiger Querschnittsabnahme

    Breiten:Verdrängung des Werkstoffes in Querrichtung

    Rundkneten einer Welle

    Rundkneten:Querschnittsverminderung von Stäben bei

    Dietrichs GmbH & Co. KG

    gleichzeitiger Drehung des Werkstückes

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Freiformschmieden - Geometrische Kenngrößen beim Reckeng

    01 hhh

    bezogene Höh b h 0h

    hHöhenabnahme:

    Breitung: 01

    bb

    11

    00

    hbhb

    R

    g

    Reckgrad:

    S

    0b

    Bissverhältnis:

    Gesamtreckgrad:

    0hSB

    Rin

    Rges g

    gedrückte Länge:

    Höhenabnahme:

    BS01 hhh

    Rii

    Rges 1

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    0rSattelradius:

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Massivumformungg g

    • Walzen• DurchdrückenDurchdrücken• Freiformschmieden• G kf• Gesenkformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Fertigungsverfahren des Gesenkformensg g

    Gesenkformen

    Gesenkformen mit teilweise umschlossenem Werkstück

    Gesenkformen mit ganz umschlossenem Werkstückumschlossenem Werkstück umschlossenem Werkstück

    Schließen im Gesenk Anstauchen im Gesenk

    Rollen

    F dk

    Formstauchen

    Prägen im Gesenk

    F h G

    Formpressen mit Grat

    Formrecken

    Formrundkneten Formpressen ohne Grat

    Doege, E.; Marquardt, B.: Gesenkschmieden. In: Spur, G.; Stöferle, T.: Hdb. der Fertigungstechnik. Bd. 2/2. München; Wien: 1983

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Schmiedeindustrie – Produktion in DeutschlandDas Produktionsvolumen aller in Deutschland tätigen Schmieden erreichte im Jahr 2009 etwa 1,53 Mio. Tonnen. Diese Tonnage verteilt sich im einzelnen auf folgende Werkstückgruppen:

    Angaben

    in 1.000 t

    Industrieverband Deutscher Schmieden e. V. – Stand 2009

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Schmiedeindustrie – Produktion in DeutschlandDie inländische Abnehmerstruktur 2009 nach Tonnage gestaltet sich für die Gesenkschmiedeindustrie wie folgt:

    Industrieverband Deutscher Schmieden e. V. – Stand 2009

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Formpressenp

    Formpressen mit Grat

    • überschüssiges Material wird in

    Formpressen ohne Grat

    • endkonturnahe Formgebung des Bauteilsüberschüssiges Material wird in einen Gratspalt verdrängt

    endkonturnahe Formgebung des Bauteils im vollständig geschlossenen Gesenk

    Presstempel

    Schmiedeteil

    Obergesenk

    Gratspalt

    Untergesenk

    Gesenk

    Anwendung:• Kurbelwellen• Pleuelstangen

    Anwendung:• Präzisionsschmiedeteile wie Zahnräder• Fahrwerkskomponenten

    • Werkzeuge • Pkw-Leichtmetallfelgen

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Präzisionsschmieden – Prozessanforderungen/Einsatz der FEMg• Konstanz des Rohteilvolumens ± 0,5 %• maximale Temperaturschwankung der

    R ht il ä ± 5°CRohteilerwärmung = ± 5°C

    • Erwärmung unter Schutzgasatmosphäre bzw. extrem kurzen Aufwärmzeiten

    • A l d B h d G k• Auslegung und Berechnung der Gesenkgravur mittels CAD und FEM

    • Reproduzierbare Fertigung der Werkzeuge durch NC-Fertigungg g

    • Simulation des gesamten Herstellungsprozesses mit Hilfe der FEM

    • Schmieden mit integrierter Wärmebehandlungg g• hohe Genauigkeit des Systems Maschine –

    Werkzeug

    • Automatisierung des ProzessablaufesFE-Simulation des Formpressens ohne

    Grat am Beispiel eines ZahnradesMSC-Software / Superforge

    g

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Beispiele für Gesenkschmiedestückep

    Aufgrund der Möglichkeit der beanspruchungs-gerechten Gestaltung des Faserverlaufes

    Alufelge

    gerechten Gestaltung des Faserverlaufes werden Schmiedestücke vorwiegend als Sicherheitsbauteile in Fahrzeugen eingesetzt.

    Fahrwerkskomponenten

    Darüber hinaus weisen sie gegenüber zerspanend hergestellten Werkstücken bei gleicher Schwingfestigkeit und

    Otto Fuchs Metallwerke

    bei gleicher Schwingfestigkeit und Funktionalität ein geringeres Gewicht auf.

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Auswahlkriterien für die Massivumformung – Genauigkeitg g

    Die Genauigkeit der formgebenden Werkzeugen wirkt sich unmittelbar auf die Werkstück-genauigkeit aus.

    Werkstoff

    MaschineArbeitsvermögenAuffederung

    Werkstoffphysikalische-chemische Eigenschaften

    MaßgenauigkeitZuschnitt

    gFührung

    VerfahrenKaltumformenWarmumformen

    WerkzeugHerstellgenauigkeit

    ArbeitsablaufA f

    Haupteinflussgrößen auf das Ergebnis bei Umformvorgängen

    HerstellgenauigkeitVerschleiß &Federung

    AusgangsformZwischenform & Endform

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    Entscheidend für die Arbeitsgenauigkeit ist in hohem Maße die Gleichmäßigkeit des gesamten Fertigungsablaufes.

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Auswahlkriterien für die Massivumformung – Wirtschaftlichkeitg

    Für die Wirtschaftlichkeit eines Umformverfahrens stehen die Größen Energieverbrauch und Werkstoffausnutzung im Vordergrund. Gesamt: 9,51 DM

    Die vorgestellten Massivumformverfahren zeichnen sich gegenüber spanenden F ti f h d h i h h

    Bohren ca. 36%

    Einsparungspotenzial

    Gesamt: 9,51 DM

    Fertigungsverfahren durch eine hohe Mengenleistung, guter Werkstoffausnutzung und niedrigem Energieverbrauch aus

    DrehenAbstechenWälzfräsen

    Zahnkanten-

    EinstufigesPräzisions-schmieden

    36%Gesamt: 6,00 DM

    7,51 DM2,50 DM

    Energieverbrauch aus.

    Gegenüber Umformverfahren weisen Urformverfahren einen günstigeren

    Zahnkantenfräsen

    Entgraten

    Halbzeug

    AbstechdrehenErwärmung

    0,40 DM

    Energieverbrauch auf. Jedoch erreichen gegossene Bauteile nicht die hohen Festigkeiten, insbesondere die Schwingfestigkeiten umgeformter

    konventionelle Präzisionsschmieden

    HalbzeugHalbzeug

    (präzisions-gezogenes Rohr)2,00 DM

    3,10 DM

    Schwingfestigkeiten, umgeformter Bauteile. Vergleich der Herstellkosten eines geradverzahnten Zahnrades

    Eversheim, W.; Schuh, G.: Betriebshütte – Produktion und Management Teil 2 1996

    FertigungPräzisionsschmieden

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    BlechumformungBlechumformungBlechumformungBlechumformungDefinition:

    Überführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine d F b i d flä h h ft b h ib dandere Form bei der aus flächenhaft zu beschreibenden

    Rohteilen Hohlwerkstücke mit annähernd konstanter Wanddicke erzeugt werden.

    Lange, Kurt: Lehrbuch der Umformtechnik. Band 2. Berlin Heidelberg New York: Springer 1974

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einsatzbereiche von Blechbauteilen 1

    Blechdicke: > 2 mmBlechdicke: 0,2 - 2 mmBlechdicke: < 0,2 mm

    Beispiele:

    -Schiffbau

    Beispiele:

    -Karosseriebau

    Beispiele:

    -Feinwerktechnik -Druckbehälterbau

    -Kranbau -Hausgeräte (Waschmaschinen, Kühlschränke,...)

    -Uhrenbau -Folien

    , ) -Umhausungen -Elektromotorenbau

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Blechumformung g g

    • Tiefziehen• BiegenBiegen• Schneiden• I l ti h U f• Impulsmagnetisches Umformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Tiefziehverfahren nach DIN 8584Einteilung der Tiefziehverfahren nach DIN 8584

    TiefziehenTiefziehen mit

    Tiefziehen mitWirkmedien

    Tiefziehen mitWerkzeugen

    Wirkenergie

    Tiefziehen mit nachgiebigem

    Werkzeug

    Tiefziehen mit starrem

    Werkzeug

    Tiefziehen mit kraftgebundener Wirkung

    Tiefziehen mit energie-

    gebundenerWerkzeugWerkzeug ner Wirkung gebundener Wirkung

    Gummikissen Flüssigkeit Funkenstrecke

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Tiefziehen auf einfachwirkenden Pressen

    Vorteile:

    kostengünstige Presse

    Stößel

    Matrize Blechteil muss nach demTiefziehen nicht gewendetwerden

    Matrize

    Ziehring

    Hydraulische Zieh-einrichtung im Werkzeugoder Pressentisch

    Zieheinrichtung

    Stempel

    Prozessregelung möglichPressentisch

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Tiefziehen auf zweifachwirkenden Pressen

    Vorteile:

    kleinerer Bauraumüb i f h

    Innerer Stößel

    Äußerer Stößelgegenüber einfach-wirkenden Pressen

    Niederhalter

    Stempel

    Entscheidender Nachteil:

    Werkstück muss vor demMatrize

    Beschneiden gewendetwerden

    Pressentisch

    Auswerfer

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Werkstoffe für Tiefziehwerkzeugeg

    Werkstoffbezeichnung Verwendungszweck

    GG 18 G i b ht G ß kGG-18 Gering beanspruchte Großwerkzeuge, Grundplatten

    GG-22 Ziehwerkzeuge für hohe Verschleißfestigkeit und hohe Stückzahlen

    E360 (St 70) In gehärtetem Zustand für Stempel und Ziehring kleiner Werkzeugeg

    C100W1 Große Werkzeuge, hohe Beanspruchung

    Cr-Ni-Stähle Für Ziehringe mit höchster Verschleißfestigkeit (Ti f i h höh f t Stähl )(Tiefziehen höherfester Stähle)

    Al-Bronze-Legierung Zum Ziehen von Edelstahl

    Kunststoffe Hartholz Kleinserien Prototypen

    Walzen eines Ringes

    Kunststoffe, Hartholz, niedrigschmelzende Legierungen

    Kleinserien, Prototypen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Anwendungsbeispiele zum Tiefziehen g p

    Elektrotechnik

    Automobilbau

    HaushaltsgeräteHaushaltsgeräte

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    FEM-Simulation von Blechumformvorgängen g g

    Ziel einer FEM-Tiefziehsimulation ist es, Erkenntnisse über den Prozessverlauf zu gewinnen.

    Dazu werden anhand der

    g

    Dazu werden anhand der Simulation folgende Parameter ermittelt:

    die Blechdickenverteilungdie Blechdickenverteilung,

    die max. Formänderungen,

    die max. Spannungen,

    Fehler (Falten, Risse) und

    die Umformkräfte.

    MSC-Software / Superforge

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Blechumformung g g

    • Tiefziehen• BiegenBiegen• Schneiden• I l ti h U f• Impulsmagnetisches Umformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Biegeverfahren nach DIN 8583g g

    Biegen

    Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung Biegen mit drehender Werkzeugbewegung

    SchwenkbiegenRollbiegenFreies Biegen Walzrunden

    WalzprofilierenGleitziehbiegen

    Schuler: Handbuch der Umformtechnik

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Produktspektrum von Biegeteilen p g

    HalbzeugeEinzelteil Massenfertigung

    ProfileBehälterflansch

    Spaceframestruktur Audi A2

    Steckverbinder, Federn

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Herstellung von Federng

    Quelle: Wafios AG

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Blechumformung g g

    • Tiefziehen• BiegenBiegen• Schneiden• I l ti h U f• Impulsmagnetisches Umformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einordnung des Fertigungsverfahrens „Zerteilen“ g g g „nach DIN 8580

    Umformen Trennen

    n en men

    en en

    gum

    form

    enck

    umfo

    rme

    ucku

    mfo

    rmeu

    mfo

    rme

    ubum

    form

    e

    Zert

    eile

    n

    Zug

    Dru

    cZu

    gdru

    Bie

    gSc

    hu ZZerteilen gehört nach der DIN 8580 nicht zu den Umformverfahren!

    Aufgrund der fertigungstechnischen Nähe von Umform- und Schneidprozess wird das Zerteilen zugehörig zu den Umformverfahren behandelt.

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Zerteilverfahreng

    Zerteilen

    Scherschneiden Messerschneiden

    Einsatz bei Blechteilen Einsatz bei Massivteilen

    Scherschneiden Messerschneiden

    Beißschneiden

    SpaltenOffener Schnitt GeschlossenerReißen

    Brechen

    Offener Schnitt Geschlossener Schnitt

    Schuler: Handbuch der Umformtechnik

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Kenngrößen beim Schneidvorgangg g g

    FMantelfläche

    F

    F Schnittkraft

    Stirnfläche

    u s0MB

    MB Biegemomente

    u Schneidspalt St äc e

    MB

    s0 Blechdicke

    MB

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Kraftverlauf beim Scherschneiden

    FSt

    u u

    F F FFH

    Stempel

    F ´ F FS FS FSFvF ´H

    FvBlech

    sSchneidspalt

    kl i

    sSchneidspalt

    ti l

    sSchneidspalt

    ß

    Schneidplatte

    zu klein optimal zu groß

    uopt = 0,08s0 bis 0,1s0

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Minimierung der Schneidkraftg

    F = k . AFs max ks As

    A = l smit

    ebenerSchliff

    schrägerSchliff

    hAs = ls . s0

    ks 0,8 . Rm Dachschliffim Stempel

    s0

    ks bezogener Schneid-widerstand

    A Schnittfläche

    im Stempel

    h

    As Schnittflächewirksame Schneidenlänge

    ls Schnittlänge

    s Blechdicke

    ls

    abgesetzte Stempelh Versatz/Anschrägung

    s0 Blechdicke

    Schuler: Handbuch der Umformtechnik

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Prinzip des FeinschneidenspStempel

    Vorteile : Ringzacken-blechhalter

    Vorteile :

    glatte, ein- und abriss-freie Schnittflächen,

    F

    Ringzacke hohe Maß-, Form- und Lagegenauigkeit,

    FS

    Matrize hohe Oberflächengüte,

    kein Schnittschlag FG

    Gegenstempel

    g(Verminderung von Lärm und Erschütterungen)

    Schuler: Handbuch der Umformtechnik

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Werkzeuge zum Schneideng

    Werkzeug mit Plattenführung Werkzeug mit Säulenführung

    Lange: Umformtechnik, Band 3: Blechbearbeitung

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Ausgewählte Verfahren zur Blechumformung g g

    • Tiefziehen• BiegenBiegen• Schneiden• I l ti h U f• Impulsmagnetisches Umformen

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Impulsmagnetische Umformung

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

    p g g

    Die wichtigsten Eckdaten:Werkstück Hochstrom-

    schalterWerkzeug-spule

    Prozessgeschwindigkeit25 µs ... 40 µs

    Die wichtigsten Eckdaten:

    Werkstückgeschwindigkeiten 150 m/s ... 300 m/s

    Stoß-kondensator

    magnetische Drücke von 300 N/mm² ... 1.000 N/mm²

    magnetischer Druck

    Sekundär-strom

    Primär-strom

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Impulsmagnetische Umformung - Verfahrenp g g

    Werkstück

    Matrize

    Werkzeugspule

    Werkstück

    © by IWF, TU BerlinEigenschaften

    Berührungslos angreifende Umformkraft (Umformung lackierter Werkstücke möglich) Fügung unterschiedlicher, auch nichtmetallischer Werkstoffe möglich

    Eigenschaften

    keine Gefügeänderung im Werkstoff durch thermische Beeinflussung hohe Flexibilität in der Anwendung durch leichte Anpassung des Werkzeuges auf andere

    Werkstückgeometrien

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Anwendungen der Impulsmagnetische Umformungg p g g

    Q ll M ll M f I

    Kompression Expression Flachumformung

    Quelle: Maxwell Magneform Inc.

    Reflektoren aus Aluminiumblech

    Fügen unterschiedlicher Werkstoffe (hier: Al, Cu, CuZn, Kunststoff)

    Fügen sich durchdringender Hohlprofile

    Flachspule Formmatrize

    © by IWF, TU Berlin

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Umformmaschinen

    Müller-Weingarten AG

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Einteilung der Umformmaschineng

    Umformmaschinen

    Kraftgebunden Weggebunden Energiegebunden

    geradlinige Relativbewegung der

    Werkzeuge

    nicht geradlinige Relativbewegung der

    Werkzeuge

    geradlinige Relativbewegung der

    Werkzeuge

    inen

    n schi

    nen

    schi

    nen

    schi

    nen

    n esse

    n

    nschi

    nen

    Zieh

    mas

    ch

    Pres

    sen

    erw

    alzm

    as

    gsw

    alzm

    as

    rägw

    alzm

    a

    Pres

    sen

    ämm

    erpr

    e

    Pres

    sen

    erw

    alzm

    as

    Z

    Que

    Läng

    Schr HQue

    Weck, M.: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme, Band 1, Düsseldorf: VDI 1991

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Funktionsprinzipien von Umformmaschinen und deren Vorteilep pEnergiegebunden (vorwiegend zur Massivumformung eingesetzt) :1 Fallhammer geringe Investitionskosten, hohe Umformgeschwindigkeit

    2 Oberdruckhammer geringe Bauhöhe, hohe Umformgeschwindigkeit

    3 Gegenschlaghammer hohe Umformgeschwindigkeiten, hohe Umformenergie

    4 Spindelpresse hohe Umformenergie, hohe Arbeitsgenauigkeit

    1 2 3 4

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Funktionsprinzipien von Umformmaschinen und deren Vorteilep pWeggebunden (vorwiegend zur Blechumformung eingesetzt) :5 Exzenterpresse hohe Produktivität, einstellbare Hublänge

    6 Kurbelpresse hohe Produktivität, große Hublänge

    7 Kniehebelpresse große Endkräfte, geringe Umformgeschwindigkeit

    8 Kniehebelpresse geringe Umformgeschwindigkeit,(modifiziert) hohe Rückhubgeschwindigkeit

    5 6 7 8

    Weck, M.: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme, Band 1, Düsseldorf: VDI 1991

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

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  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Funktionsprinzipien von Umformmaschinen und deren Vorteilep pKraftgebunden (eingesetzt zur Massiv- und Blechumformung) :9 hydraulische Presse flexibles Weg-Zeit-Verhalten des Stößels

    Weck, M.: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme, Band 1, Düsseldorf: VDI 1991

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Kenngrößen von UmformmaschinengGenauigkeitskenngrößenKraftkenngrößen

    maximale Presskraft Niederhalterkraft

    Ebenheit und Parallelität der Werkzeugaufspannfläche Rechtwinkligkeit der Stößelbewegung

    Geometrische Kenngrößen

    Niederhalterkraft Auswerferkraft in Tisch und Stößel Tischbelastungsschaubild

    Rechtwinkligkeit der Stößelbewegung vertikale Gesamtverlagerung und Steifigkeit Tisch- und Stößeldurchbiegung Gesamtkippung zwischen Tisch und Stößel Spiel in Führungen und AntriebGeometrische Kenngrößen Spiel in Führungen und Antrieb

    Energiekenngrößen Arbeitsvermögen F d b it

    Hub Werkzeugeinbauhöhe Nutzbare Tisch- und Stößelfläche Stöß l d Ti h t ll

    ZeitkenngrößenBedingungen am Arbeitsplatz

    Federarbeit Drehzahlabfall

    Stößel- und Tischverstellung Auswerferweg Abmessungen der Ständerdurchbrüche

    Zeitkenngrößen

    Einzelhubzahl im Leerlauf Dauerhubzahl Auftreffgeschwindigkeit

    Elektrischer Anschluss Gesamtgewicht Gesamtabmessungen Tragfähigkeit des Bodens

    Weck, M.: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme, Band 1, Düsseldorf: VDI 1991

    g g Stößelgeschwindigkeit Berührzeit

    Fundamentierung Erschütterung und Geräusch Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin

  • Produktionstechnik II VL 3: Umformen

    Gestellbauweisen von Umformmaschinen C-Gestellformen

    Presskraft ca. 250 kNO-Gestellformen

    Presskraft ca. 20.000 kN

    Müller-Weingarten AG Schuler AG

    Institut fürWerkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

    TechnischeUniversitätBerlin