_Fertigungstechnik_VL04_Umformen.pdf

Fertigungstechnik VL 4: Umformen

Institut fr Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann

FT VL 4

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Technische Universitt Berlin

Technische Universitt Berlin Institut fr Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. Uhlmann

Umformen

Fertigungstechnik

Vorlesung 04



FT VL 4

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Einteilung nach DIN 8582 Theoretische Grundlagen Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Schubumformen Biegeumformen Sonderverfahren Zusammenfassung

Inhalt



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Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582

Umformen

Wal

zen

Frei

form

en

Ges

enkf

orm

en

Ein

drc

ken

Dur

chdr

cke

n

Dur

chzi

ehen

Ti

efzi

ehen

K

rage

nzie

hen

Dr

cken

K

nick

bauc

hen

Lng

en

Wei

ten

Tief

en

Bie

gen

mit

gera

dlin

iger

W

erkz

eugb

eweg

ung

Vers

chie

ben

Verd

rehe

n

Bie

gen

mit

dreh

ende

r W

erkz

eugb

eweg

ung

Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen

Fertigen durch bildsames (plastisches) ndern der Form eines festen Krpers; dabei werden sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten.



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Definitionen der Umformverfahren

Umformung eines festen Krpers, wobei der plastische Zustand im wesentlichen herbeigefhrt wird durch eine

Druckumformen (DIN 8583)

Zugdruckumformen (DIN 8584)

Zugumformen (DIN 8585)

Biegeumformen (DIN 8586)

Schubumformen (DIN 8587)

Schubbeanspruchung.

ein- oder mehrachsige Druckbeanspruchung.

zusammengesetzte Zug- und Druckbeanspruchung.

ein- oder mehrachsige Zugbeanspruchung.

Biegebeanspruchung.



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Fertigungsbeispiele Warmumformung

Gesenkschmieden einer Kurbelwelle (Video)

Profil-Lngswalzen von Ringen (Video)

Schmieden von Achszapfen (Video)

Infostelle Deutsche Massivumformung e. V.



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Kennwerte der Verformungskunde

Quelle: Dubbel Taschenbauch fr den Maschinenbau

bliche Gren in der Festigkeitslehre Verwendete Gren in der Verformungskunde Logarithmische Formnderung (Umformgrad) Formnderungsgeschwindigkeit

Bei Volumenkonstanz gilt Formnderungsfestigkeit

E, Rp0,2, ij, ij

E, kf, , ij

==

0

1

llln

ldl:d

dtd

=

1 + 2 + 3 = 0

Die Formnderungsfestigkeit kf ist die Spannung, die zur Einleitung und Aufrechterhaltung einer bleibenden Formnderung im einachsigen Spannungszustand erforderlich ist. kf ist die zu verzeichnende Kraft bezogen auf die jeweilige momentane Querschnittsflche.

= ),,(fk f : Temperatur des Umformguts



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Umformkraft Die fr einen Umformprozess erforderliche Kraft ist von der Umformmaschine aufzubringen und somit fr die Wahl der Maschine von entscheidender Bedeutung. Der Betrag der erforderlichen Umformkraft wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, unter anderem: Werkstckgeometrie, Werkstckmaterial, Umformtemperatur (Kalt-, Halbwarm- oder Warmumformung), Reibungsverhltnisse.

Die Berechnung der einzelnen Kraftanteile ist stark vom betrachteten Umformverfahren abhngig, so dass hierfr keine allgemein gltigen Gleichungen angegeben werden knnen. Daher sind fr jeden betrachteten Prozess spezifische Gleichungen anzuwenden.

Quelle: Doege, Behrens Handbuch der Umformtechnik

Fges = Fid + FR + FSch + FB Fid : ideelle Umformkraft FSch : Schiebungsanteil

FR : Reibanteil FB : Biegeanteil



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Vergleich Warm-, Halbwarm- und Kaltumformen

Quelle: Schuler Handbuch der Umformtechnik

Umformung warm halb warm kalt Temperatur (Stahl) 950C - 1200C 680C - 800C 20C

Temperatur (Aluminium) 420C - 480C - 20C

Werkstckgewichte 0,05 1500 kg 0,001 50 kg 0,001 30 kg

Genauigkeit1 IT 13 -16 IT 11 - 14 IT 8 -11

Oberflchengte Rz > 50 100 m > 30 m > 10 m Fliespannungen f (T, Werkstoff) ~ 20 30 % ~ 30 50 % ~ 100%

Umformvermgen f (T, Werkstoff) < 6 < 4 < 1,6

Umformkosten VDW-Studie 1991 Darmstadt

bis 113 % 100 % bis 147 %

Spanende Nacharbeit hoch gering sehr gering

1 IT: ISO-Toleranz



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Werkstoffe Das Werkstck ist beim Umformen in der Regel aus Metall bzw. einer schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellten Metall-Legierung oder aus einem Verbundwerkstoff.

Verbundwerkstoffe:

heterogene Werkstoffe, Bestandteile aus unterschiedlichen Werkstoffhauptgruppen, makroskopisch homogenes Eigenschaftsbild Beispiel: Metall-Matrix mit Keramik-Partikeln (Siliziumcarbid, Bornitrid).

Auch Kunststoffteile werden tiefgezogen (Joghurtbecher).

Fr die Blechverarbeitung wird der Werkstoff vorwiegend in sog. Coils geliefert, welche dann zu Platinen geschnitten werden.

ThyssenKrupp Steel



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Umformen

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Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Druckumformen



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Druckumformen

Walzen

Freiformen

Gesenkformen

Werkzeug

Werkstck

Werkstck Obergesenk

Untergesenk

Werkstck

Eindrcken

Prgestempel

Durchdrcken

Matrize




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Umformen

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Wal

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Druckumformen



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Einteilung der Walzverfahren nach DIN 8583

Walzen

Lngswalzen Querwalzen Schrgwalzen

Flach- Querwalzen

Profil- Querwalzen

Profil- Lngswalzen

Flach- Lngswalzen

Flach- Schrgwalzen

Profil- Schrgwalzen



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Folie 14


Prinzip des Walzens

Definition nach DIN 8583 Walzen ist stetiges oder schrittweises Druckformen mit einem oder mehreren sich drehenden Werkzeugen (Walzen), ohne oder mit Zusatzwerkzeugen.

h0 h1 l0 l1 v0 v1 vu vF R n

Definition

Ausgangshhe Endhhe Ausgangslnge Endlnge Eintrittsgeschwindigkeit Austrittsgeschwindigkeit Walzengeschwindigkeit Geschwindigkeit in der Fliezone Radius der Walzen Drehzahl der Walzen

Die Geschwindigkeit an der Fliescheide ist gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen.

v F = vu = 2Rn v1 > vF > v0

Fliescheide

l0

h0

l1 h1 v0

vF

y

0,5

h

R

v1

XE



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Folie 15


Beispiele fr Querwalzen und Lngswalzen

Werkstck

Walze

Werkstck

Walze

Flach-Lngswalzen von Band oder Blech

Profil-Querwalzen: Gewindewalzen im Einstechverfahren

Profil-Lngswalzen von Profilstben

Werkstck

Profilwalze

Werkstck

Sattel

Flach-Querwalzen: Glattwalzen im Einstechverfahren



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Folie 16


Beispiele fr Profil-Lngswalzen und Schrgwalzen

Werkstck

Walze

Flach-Schrgwalzen: Glattwalzen von Stben im Durchlaufverfahren

Profil-Lngswalzen von Vierkantrohren

Werkstck

Walze

Werkstck

Walze

Werkstck

Walze

Profil-Schrgwalzen: Gewindewalzen im Durchlaufverfahren



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Folie 17


12-Walzengerst

Gerstbauarten

3-Walzengerst

6-Walzengerst



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Umformen

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Frei

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Druckumformen



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Freiformen

Recken Breiten Treiben Schweifen Dengeln Rundkneten Stauchen

Schlichten (Schlicht- Recken)

Aufweiten Beihalten Absetzen

durch Recken

Flachprgen Anstauchen

Definition nach DIN 8583

Freiformen ist Druckumformen mit nicht oder nur teilweise die Form des Werkstckes enthaltenden, gegen einander bewegten Werkzeugen. Die Werkstckform entsteht dabei durch freie oder festgelegte Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstck.

Einteilung der Freiformverfahren nach DIN 8583



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Folie 20


Beispiele fr Freiformverfahren

Recken von Vollkrpern

Rundkneten im Vorschubverfahren

Breiten

Stauchen Treiben Schweifen

Werkstck

Sattel

Sattel

Werkstck

Sattel

Werkstck

Stauchbahn Stempel

Werkstck

Stauchplatte

Ausgangsform des Werkstcks

Endform des Werkstcks Ausgangsform

des Werkstcks Endform des Werkstcks

Werkstck Treibwerkzeug

Ausgangsform des Werkstcks

Endform des Werkstcks

Schweifhammer

Werkstck

Knetbacken



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Umformen

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Druckumformen



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Einteilung der Gesenkformverfahren nach DIN 8583

Definition Gesenkformen Gesenkformen ist Druckformen mit gegeneinander bewegten Formwerkzeugen (Gesenken), die das Werkstck ganz oder zu einem wesentlichen Teil umschlieen und dessen Form enthalten (abformende Gestalterzeugung).

Gesenkformen

Gesenkformen mit teilweise

umschlossenem Werkstck

Gesenkformen mit ganz

umschlossenem Werkstck

Form-recken

Reck-stauchen

Form-stauchen

Anstauchen im Gesenk

Form- pressen

ohne Grat

Form- pressen mit Grat

Gesenk-drcken

Formrund- kneten



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Folie 23


Beispiele fr Gesenkformverfahren

Formstauchen

Reckstauchen Anstauchen im Gesenk

Formpressen ohne Grat

a Werkstck b Anstauchgesenk c Formsattel d Formstempel e Gesenk

a a a d

a

Formpressen mit Grat

b

a

a c a

c

e

a

e



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Folie 24


Werkzeugmaschinen

Lasco

Metalpres Walzmaschine

Hydraulische Presse zur Massivumformung

Schuler Hydraulische Medaillenprgepresse

CORUS Strangpresse fr Aluminiumprofile



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Folie 25


Stadienfolge beim Gesenkschmieden von Pleuelstangen SMS Eumuco GmbH

Werkstckbeispiele

kaltgewalzte Verzahnungen an Wellen aus CrMo-Stahl

Ex-Cell-O GmbH

Strangpressprofil aus Aluminium (Seitenwand eines Verkaufstnders)

Schletter GmbH

geprgte Mnzen und Schlssel



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Folie 26



Umformen

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Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Zugdruckumformen



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Folie 27


Zugdruckumformen

Durchziehen

Tiefziehen

Kragenziehen

Stempel Blechhalter / Niederhalter

Platine

Ziehteil

Matrize

Stempel

Blechhalter / Niederhalter

Werkstck

Matrize


Stempel

Abstreckmatrize

Werkstck

Video Tiefziehen



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Folie 28


Zugdruckumformen


Knickbauchen

Drcken

Drckform Ronde Werkstck

Drckwalze

Drckring

Werkstck

Innenstempel

Aufnehmer

Auswerfer



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Umformen

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Tief

zieh

en

Zugdruckumformen



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Einteilung der Tiefziehverfahren nach DIN 8584-3

Tiefziehen

Tiefziehen mit Werkzeugen

Tiefziehen mit Wirkmedium

Tiefziehen mit Wirkenergie

Tiefziehen mit starrem Werkzeug

Tiefziehen mit nachgiebigem

Werkzeug

Tiefziehen mit Wirkmedien mit

kraftgebundener Wirkung

Tiefziehen mit Wirkmedien mit energiegebundener

Wirkung

Tiefziehen mit form- los festen Stoffen

mit kraftgebundener

Wirkung

Tiefziehen mit Flssig-

keiten mit

kraftgebundener

Wirkung

Tiefziehen mit Gasen

mit kraft-

gebundener Wirkung

Tiefziehen mit nachgiebigem Kissen

Tiefziehen mit nachgiebigem Stempel

Tiefziehen mit form- los festen Stoffen

mit energiegebundener Wirkung

Tiefziehen mit Flssig-

keiten mit

energiegebundener Wirkung

Tiefziehen mit Gasen

mit energiegebundener Wirkung



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Folie 31


Definition nach DIN 8584:

Tiefziehen ist Zugdruckformen eines Blechzuschnittes zu einem Hohlkrper oder Zugdruckformen eines Hohlkrpers zu einem Hohlkrper mit kleineren Umfang ohne beabsichtige Vernderung der Blechdicke.

Tiefziehen im Erstzug

dst

rst

dR

S0

FN

Flansch des Napfes

FN

Fz

Ziehstempel

Niederhalter

Ziehring (Matrize)

Platine

Quelle: Spur, Stferle - Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 2/3

dR Ziehringdurchmesser dst Ziehstempeldurchmesser FN Niederhalterkraft FZ Ziehkraft rR Radius der Ziehringrundung rst Radius der Stempelrundung ri innerer Biegehalbmesser S0 Blechdicke der Ronde



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Folie 32


Ziehverhltnis fr zylindrische Teile:

Grenzziehverhltnis:

do Rondenauendurchmesser d1 Stempeldurchmesser dm mittlerer Durchmesser des

Ziehteils h Napfhhe S1 Blechdicke nach der Umformung

Rondenreduktion beim Tiefziehen

Ronde

d1 h S1

fertiger Napf

Zarge

Boden

dm = d1+S0

Quelle: Spur, Stferle - Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 2/3

d0

d1



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Folie 33


Werkzeugmaschinen

Tiefziehpresse Schuler

Groteil-Transferpresse fr Karosserieteile Schuler

Drckmaschine Leico/Leifeld

Video



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Folie 34


Werkstckbeispiele

Pressverbindung mit knickgebauchten Sicken fr Dichtungen

Viega GmbH & Co. KG

gedrckte Werkstcke (z. B. Lampenschirme, Haushaltsartikel) AWA Aupperle GmbH

tiefgezogene Sple SMG

Schuler tiefgezogene Auenhautteile eines PKWs

ThyssenKrupp Automotive



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Folie 35


Versagensflle beim Tiefziehen

Falten 1. Art im Ziehteilflansch aufgrund zu geringer

Niederhalterkraft

Falten 2. Art in der Ziehteilzarge in Bereichen mit

tangentialen Druckspannungen

Reier Bei zu hoher Ziehkraft bersteigen

Zugspannungen die Zugfestigkeit des Werkstckes

Rckfederung hervorgerufen durch die mit plastischer

Umformung einhergehenden elastischen Dehnungsanteile

Quelle: Doege, Behrens: Handbuch der Umformtechnik

Falten 1. Art Falten 2. Art

Reier Rckfederung



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Umformen

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Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Zugumformen



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Zugumformen

Stempel

s0

Lngen

Weiten

Tiefen

Dorn

Werkstck

s1< s0

s1

Werkstck

Spannzange




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Umformen

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Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Biegeumformen



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Folie 39


Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung

Biegen mit drehender Werkzeugbewegung

Stempel

Werkstck

Biegegesenk

Werkstck

Walzen

Werkstck

Klemmbacke

Wange


Biegeumformen



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Werkzeugmaschinen

Petersen Machinery

CNC Schwenkbiegemaschine

Krcher-Zell Rollbiegemaschine

Safan

Gesenkbiegemaschine



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Folie 41


Werkstckbeispiele

Lhr GmbH & Co. Przisionsfedern KG gebogene Drahtformfedern

Thoman Biegemaschinen GbR

gebogene Hohlprofile (Profilbiegen)

Reitinger GmbH

im Gesenk gebogenes Gehuse

Video Wafios AG



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Umformen

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Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Schubumformen



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Schubumformen


Verschieben

Verdrehen

Blechhalter

Werkzeug

Werkstck

MT

MT

Werkstck



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Stostromanlage fr die impulsmagnetische Umformung ElMag Inc

IHU-Presse mit 35000 kN Presskraft Schuler

Ausgewhlte Sonderverfahren

Hydromechanisches Tiefziehen

Innenhochdruckumformung (IHU)

Impulsmagnetische Umformung (IMU)



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Folie 46


Eigenschaften: geringere Werkzeugkosten durch die entfallende Matrize, Umformung unterschiedlicher Blechwerkstoffe und Blechdicken mit einem Werkzeug Im Vergleich zum konventionellen Tiefziehen gnstigerer Spannungszustand im Ziehteil durch senkrecht zur Werkstckoberflche wirkenden Mediumdruck, dadurch hhere Ziehverhltnisse im Erstzug, gleichmigere Blechdickenverlufe, Hhere Form- und Magenauigkeiten, hohe Oberflchengten und gnstigere Eigenspannungszustnde

Nachteile: hhere Investitionskosten, geringere Ausbringung kleine Losgren bei hufig wechselnden Geometrien

Werkstck

Blechhalter / Niederhalter

Stempel

Dichtung

Druckmedium (l, Wasser)

Druckmedium- behlter


Quelle: Schuler Handbuch der Umformtechnik / Doege, Behrens Handbuch der Umformtechnik



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Folie 48


Ein Rohr wird aufgeweitet, dabei axial oder radial gestaucht und durch einen Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert.

1. Presse schlieen 2. Fllen mit Druckmedium

Gegenhalter

Rohr

Werkzeugformhlfte

Dichtstempel

3. Horizontalzylinder anfahren, Druck regeln, Gegenhalter fhren

4. Presse ffnen, Teil ausstoen

Nebenform T-Stck

Innenhochdruckumformung




FT VL 4

Folie 49


Vier-Sulen-IHU-Presse

Fllventil

Stelzylinder

Stel

Gegenhalter

Horizontalzylinder

Druckbalken mit Sttzrolle

Rahmen-IHU-Presse

Innenhochdruckumformung




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Schuler

Abgaskrmmer Schuler

Quertrger

Schuler

Lngstrger (im Herstellungsprozess) Fahrradlenker

Premtec

Werkstckbeispiele



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FT VL 4

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Die impulsmagnetische Umformung nutzt die Kraftwirkung eines Impulsmagnetfeldes zur Umformung elektrisch leitfhiger Werkstcke.

Vorteile hohe Wiederholgenauigkeit (wenige Parameter)

Berhrungsloses Verfahren auch Werkstcke mit nichtleitender Beschichtung umformbar (Lack)

nichtleitende Werkstoffe mittels Treiber umformbar

Kaltumformung keine Emission von Schadstoffen Nachteile nicht zur Massivumformung geeignet schlechter Wirkungsgrad bei groflchiger Umformung von Blechen

Impulsmagnetische Umformung

Werkzeugspule Kern (optional) Werkstck

Hochstromschalter

Sto- kondensator

Spulen- strom

induzierter Strom

magnetischer Druck



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Impulsmagnetische Umformung Verfahrensvarianten

Matrize

Werkstck

Werkzeugspule

Expansion Kompression Flachumformung

Matrize

Werkstck

Werkzeugspule



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IFUTEC

Fgeverbindung an einem Kraftstoffeinfllstutzen

Kompressionsspule

Flachspule

Flachspule

Expansionsspule

durch Kompression gefgte PKW - Antriebswelle

IWF, TU-Berlin

Maxwell Magneform Inc.

flachumgeformte Aluminiumreflektoren

Fgen durch Expansion IWF, TU-Berlin

Werkstckbeispiele

IWF,

TU

Ber

lin

Video



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Zusammenfassung Die Einteilung der Umformverfahren erfolgt gem DIN 8582 nach der Hauptbeanspruchung: Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen

Weiterhin kann nach Blech- und Massivumformung, Umformung und Verformung sowie, Kaltumformung [RT 20C], Halbwarmumformung [650C bis 900C (Stahl)] und Warmumformung [1000C bis 1250C (Stahl)]

unterschieden werden.

Neben der Hauptgruppe Umformen umfasst die Umformtechnik auch Teilbereiche aus anderen Hauptgruppen: Zerteilen (Hauptgruppe Trennen) und Fgen durch Umformen (Hauptgruppe Fgen)

Foliennummer 1InhaltEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582Foliennummer 4Foliennummer 5Kennwerte der VerformungskundeFoliennummer 7Foliennummer 8WerkstoffeEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582DruckumformenEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582Foliennummer 13Foliennummer 14Foliennummer 15Foliennummer 16Foliennummer 17Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582Foliennummer 19Foliennummer 20Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582Foliennummer 22Foliennummer 23WerkzeugmaschinenWerkstckbeispieleEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582ZugdruckumformenFoliennummer 28Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582Foliennummer 30Foliennummer 31Foliennummer 32Foliennummer 33WerkstckbeispieleFoliennummer 35Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582ZugumformenEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582BiegeumformenFoliennummer 40WerkstckbeispieleEinteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582SchubumformenFoliennummer 44Foliennummer 45Foliennummer 46Foliennummer 47Foliennummer 48Foliennummer 49Foliennummer 50Foliennummer 51Foliennummer 52Foliennummer 53Foliennummer 54Zusammenfassung

Documents

_Fertigungstechnik_VL04_Umformen.pdf