Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Formgebende Fertigungsverfahren
Fertigungstechnik II – Umformtechnik
Einführung und Wiederholung der Grundlagen
Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius
Dresden, 16. Oktober 2015
- 2 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Wochentag Wo Montag Mittwoch Freitag
HSL Prof. BeyerOST
Prof. BeyerOST
Prof.FüsselFert.-Planung
Prof.FüsselFert.-Planung
PD Dr. NestlerZAT
PD Dr. NestlerZAT
Prof. BrosiusUT
Prof. BrosiusUT
Stundenplan Vorlesung3. DS Zeu 260
Übung3. DS Zeu 260
Vorlesung1.DS Zeu 222
Übung3.DS Zeu 222
Vorlesung1.DS Zeu 260
Übung1.DS Zeu 260
Vorlesung2.DS Zeu 222
Übung2.DS Zeu 222
12.10.–16.10.15 2.
VL Einführung, VL Einführung Füge-und Montageplan.
VL Gegenstand und Grundlagen
VL Einführung und Grundl. der Umformt
19.10.–23.10.15 1.
VL CVD Chemical Vapour Deposition; Belegeinführ.
VL Teilefertigung -APL1 (Nestler)
Ü Wiederhol.- ÜbungUT
26.10.–30.10.15 2.
VL PVD Physical Vap. Deposition
VL Teilefertigung -APL2 (Nestler)
Ü Übung 1: Produkt-/ Prozessstruktur
VL Restriktionsystem Zerspan-technik
VL Element. Methoden der Span.-, Kraft- u. Arbeitserm
2.11.–6.11.15 1.
VL Spritzver-fahren
VL Teilefertigung -APL3 (Nestler)
.
9.11.–13.11.15 2.
VL Laser-/Plasma-Ober-fl.beschichtg.
VL Produktstruktur Ü Übung 2: Daten d. Proz. struktur
VL Fräsen VL Tiefziehen
16.11.–20.11.15 1.
VL Drucktechnik-verfahren
18.11. Buß- und Bettag 18.11. Buß- und BettagÜ Übung 1UT
23.11.–27.11.15 2.
Ü Übung 1OST
VL Vorlesung FTMKapazit.-wirtschaft
3. Übung: Or-ganisat.form
VL Fräsen/ Bohren VL Biegen
30.11.–4.12.15 1.
Ü Übung 2OST
VL Teilefertigung -APL4 (Nestler)
Ü Übung 1 ZAT Fäsen
Ü Übung 2UT
7.12.–11.12.15 2.
Ü Exkursion 1 VL Vorlesung FTMFügbark. Schweißen
4. Übung FTM –Teil Füget.
VL Bohren VL Gesenkschmieden
14.12.–18.12.15 1.
Ü Exkursion 2 VL Teilefertigung -APL5 (Nestler)
Ü Übung 2ZAT Fräsen
4.1.–8.1.16 2.
Ü Übung 3 VL Vorlesung FTMFügbark. Schweißen
5. Übung FTM –Teil Füget.
VL Präz. undUltrapr.bearb
VL Fließ- und Strangpressen
11.1.–15.1.16 1.
Ü Übung 4 VL Teilefertigung -APL6 (Nestler)
Ü Übung 3ZAT Rechenaufgaben
18.1.–22.1.16 2.
Ü Belegvor-stellung VL Vorlesung FTM–Fügbark. Schrauben
6. Übung FTM –Teil Schraub.
VL SpezielleTechnologien
VL Zerteilen / Scherschneid.
25.1.–29.1.16 1.
Ü Belegvor-stell. und Kon-sultation
VL Teilefertigung -APL7 (Nestler)
1.2.–5.2.16 2.
VL Vorlesung FTM–Fügbark. Pressen
7. Übung FTM –Teil Pressen
VL Abtragtechnik
- 3 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Vorlesungsüberblick
Termin Thema
16.10.2015 Einführung und Grundlagen der Umformtechnik
23.10.2015 Übung Grundlagen
30.10.2015 Elementare Methoden der Spannungs-, Kraft- und Arbeitsermittlung
13.11.2015 Tiefziehen
20.11.2015 Übung zum Tiefziehen / Tiefziehbeleg
27.11.2015 Biegen
04.12.2015 Übung zum Biegen
11.12.2015 Gesenkschmieden
08.01.2016 Fließ- und Strangpressen
22.01.2016 Zerteilen / Scherschneiden
29.01.2016 Ausweichtermin
05.02.2016 Repetitorium
- 5 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Skript (Vorlesungsfolien)
Direktlink:
Ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius
Kontaktdaten
http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/
fakultaet_maschinenwesen/if/ff/studium/index_html
Passwort:
FT2_Ut_15/16
- 6 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Absolutes Gewicht: 1.935 Absolutes Gewicht: 1.935
Angaben in kg
(Quelle: nach Stauber, R.: http://www.bayern-innovativ.de/stauber_Vortrag)
881,7
120
29,923,1
26,147,7
25,34,2
70,358,5
148,361,8
438,1
Stahl, Eisen
Betriebsstoffe
Rest
Elektronik
Lack, KlebstoffeTextilienGlas, Keramik
Thermoplastische ElastomereElastomereDuroplastischeKunststoffe
Andere Metalle
Leichtmetalle
ThermoplastischeKunststoffe
Multi Material Design
- 7 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Umformeigenschaften am Beispiel Stahl
200 1200400 600 800 1000
Zugfestigkeit R m in MPa
0
10
20
30
40
50
60
Bru
chd
eh
nu
ng
A
80
in %
weiche Stähle, Baustähle
Bake hardeningStähle
Isotrope Stähle
MikrolegierteStähle
hochfeste IF-Stähle
Dualphasen Stähle
Stand: 2000
200 1200400 600 800 1000
Zugfestigkeit R m in MPa
0
10
20
30
40
50
60
Bru
chd
eh
nu
ng
A
80
in %
weiche Stähle, Baustähle
Bake hardeningStähle
Isotrope Stähle
MikrolegierteStähle
hochfeste IF-Stähle
Dualphasen Stähle
Work hardening
Stähle
TRIP Stähle
KomplexphasenStähle
Stand: 2005
200 1200400 600 800 1000
Zugfestigkeit R m in MPa
0
10
20
30
40
50
60
Bru
chd
eh
nu
ng
A
80
in %
weiche Stähle, Baustähle
Bake hardeningStähle
Isotrope Stähle
MikrolegierteStähle
hochfeste IF-Stähle
Dualphasen Stähle
Work hardening
Stähle
TRIP Stähle
TRIP 1000
DP800 / 1000
KomplexphasenStähle CP1000
Stand: 2011
(Quelle: nach ThyssenKrupp Steel Europe AG)
- 8 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Kristallgittertypen
a
a
0.05 mm
Elementarzelle Kristallgitter
Korn
Korngrenze Kornstruktur
(sichtbar imLichtmikroskop)
(Quelle: Lange)
- 9 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Kleinwinkel-Korngrenzen
Hervorgerufen durch Ausrichtung bzw.polygonartige Anordnung von Versetzungen
Korngrenzen
Arten von Korngrenzen
- 10 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung (Quelle: Groover, 2005)
kubisch-raumzentriert(krz)
kubisch-flächenzentriert(kfz)
Hexagonal dichtestePackung (hdp)
Beispiele:
Chrom (Cr), Eisen (α-Fe),Molybdän (Mo),Tantal (Ta),Wolfram (W)
Beispiele:
Aluminium (Al),Eisen (γ-Fe), Kupfer (Cu),Gold (Au), Blei (Pb),Silber (Ag), Nickel (Ni)
Beispiele:
Magnesium (Mg),Titan (Ti),Zink (Zn)
Kristallgittertypen
- 11 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
StrukturGleit-
system
Anzahl der
Gleit-ebenen
Gleit-richtung
Gleit-system
kfzCu, Al, Ni, Pb, Au, Ag,
g-Fe
4 3 12
krza-Fe, W,
Mo
6 2 12
12 1 12
24 1 24
StrukturGleit-
system
Anzahl der
Gleit-ebenen
Gleicht-richtung
Gleit-system
hdpCd, Zn, Mg, Ti,
Be
1 3 3
3 1 3
6 1 6
: Gleitebene
: Gleitrichtung
(Quelle: Lange)
Mechanisms of plastic deformationGleitebene, Gleitrichtung, Gleitsystem
- 12 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Nicht-deformierte Struktur
τ
τ
τ
τ
Elastische Deformation
Plastische Deformationinfolge Gleitung
Nach Entlastung
Mechanismus der plastischen DeformationGleitung
Nach Entlastung
BA1
Folie 12
BA1 Alexander Brosius; 08.10.2012
- 13 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Nicht deformierte Struktur
Zwillingsebene Zwillingsebene
τ
τ
� Zwillingsbildung erfordert höhere Spannungen / Energie
als Scherung bzw. Abgleiten
� Zwillingsbildung tritt ein, wenn Scherung nicht möglich ist
(z.B. bei niedrigen Temperaturen, hohen Dehnraten)
Mechanismen der plastischen DeformationZwillingsbildung
Plastisch deformierte Struktur
τ
τ
- 14 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
WerkstoffSchubmodul
in MPa
TheoretischeSchubfestigkeit
in MPa
Reale Schubfestigkeit
in MPa
Stahl 75.800 2.500 – 12.000 150 - 750
Aluminumlegierungen 27.500 900 – 4.400 50 - 150
Kupferlegierungen 41.400 1.400 – 6.600 100 - 250
Titanlegierungen 44.800 1.500 – 7.100 350 - 800
30theoretical
Gτ = toπ2
G
� Faktor 10-100 zwischen realer und theoretischer Schubfestigkeit
Theoretische und relae Schubfestigkeit
- 15 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Theoretical and real shear strength
� = ������ · sin(2� ·�
�)
� ≈ ������ · 2� ·�
�
� ≪ �Mit:A
B
� = � · �= � ·�
�
���� =��
���
Überlegung zur maximalen Scherspannung
Verschiebung x
Sch
ubsp
annung τ
- 16 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Def. Gitterfehler
Gitterfehler oder Versetzung sind Abweichungen von idealer, regulärer
kristalliner Gitterstruktur
� Punktfehler (null-dimensional)
� Leerstellen
� Ionen-Paar-Verschiebung
� Einlagerungen
� Flächenfehler (zwei-dimensional
� Korngrenzen
� Stapelfehler
� Volumenfehler (drei-dimensional)
� Poren
� Einschlüsse, Verunreinigungen
� Linienfehler (ein-dimensional)
� Stufenversetzungen
� Schraubenversetzungen
Gitterfehler
- 17 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Leerstelle
Ionenpaar-
Verschiebugen
Zwischengitterplatzdefekt
Ionen-Zwischengitter-
platzdefekt
Mechanism of plastic deformation Punktfehler
- 18 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
GleitebeneVersetzung
ττ τ τ
ττ τ τ
Linienfehler
- 19 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Stufenversetzung Schraubenversetzung
(Quelle: Lange)
Flächenfehler
- 20 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
1
0
1
0
ln
= → = =
∫l
l
ll l
l l l
d dd ϕϕ
Technische Dehnung Wahre Dehnung (logarithmisch)
1 0
0
−= l l
lε
Ausgangslänge
Zwischenstadium
Endlänge
F Fl
l0
l1
dl
BegriffsdefinitionTechnische und wahre Dehnung
- 21 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Bedeutung des gewählten Dehnungsmaßes
2 Belastungsszenarien:
A) Gesamtdehnung ∆l in einem Schritt
B) Gesamtdehnung ∆l in zwei Schritten � ∆l1 und ∆l2 mit ∆l = ∆l1 + ∆l2
A) Ein Belastungsschritt
L0 = 80∆l1 = 10∆l2 = 15
� =∆�
!=∆�" + ∆��
!=10 + 15
80= 0,3125 � =
∆�"
!+
∆��
! + ∆�"=10
80+
15
80 + 10= 0,2917
, = ln
!= �.
105
80= 0,2719 , = ln
"
!+ ln
"= �.
90
80+ �.
105
90= 0,2719
B) Zwei Belastungsschritte
ε 0,050 0,075 0,100 0,150 0,2 0,3 0,5 0,75 1
ϕ 0,049 0,072 0,095 0,140 0,18 0,26 0,41 0,56 0,69
Wahre Größen realitätsnah, da auf augenblickliche Situation bezogen &
Inkremente wahrer Dehnungen sind summierbar
- 22 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
l0
F F
dl
A0 A
Unter der Annahhme, dass die Normalkraft homogen über den Querschnitt verteilt ist
00
F
Aσ =
F
Aσ =
In der Umformtechnik werdenstets wahre Dehnungen und wahre Spannungen genutzt
BegriffsdefinitionTechnische und Wahre Spannung
Technische Spannung
Wahre Spannung
- 23 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Ausgangslänge
Elastisch-plastischeDeformation
Bleibende (plastische)Deformation
F (Zugkraft)F
Definition Plastizität
Eigenschaft des Werkstoffes einebleibende, d.h. irreversible Dehnung zuertragen. Plastizität tritt mit demErreichen der Fließspannung ein. SowohlFließspannung als auch erreichbareplastische Dehnung sind dabeiwerkstoffabhängig!
- 24 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
ε (%)
σin
MPa
Rm
A
At
E
Versagen
ElastischeGerade
E
εp
ε = ε t = εe + εp
εe
Rp0
,2
Fließspannung
Verfestigung
Anstieg der Fließspannung bis zum Einschnürung
Versagen
Materialtrennung infolge diffuser Einschnürung
R Fließspannung
R Mindestzugfestigkeit
E Elastizitätsmodul
A Gleichmaßdehnung
A Bruchdehnung
A Gesamtdehnung
ε Dehnungε Gesamtdehnungε Elastische Dehnungε Plastische Dehnung
σ Spannung
p0,2
m
t
t
e
p
g
Spannungs-Dehnungs-Kurve
- 25 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
� Fließkurven vernachlässigen i. Allg. den elastischen Bereich
� Größen in Spannungs-Dehnungskurve beziehen sich auf die
Ausgangskonfiguration
� Größen in Fließkurve beziehen sich auf die Momentankonfiguration
� Vergleich:
Spannung-Dehnungskurve
Technische Dehnungen
Tech
nis
che
Sp
an
nu
ng
Wahre Dehnung
Wa
hre
Sp
an
nu
ng
Fließkurve
Bezogen auf
Ausgangsquerschnitt
Elastischer Bereich
Abfallende Spannung
wegen Einschnürung
Monotone
Spannungssteigerung
aufgrund Verfestigung
Bezogen auf aktuellen
Querschnitt
Logarithmische Dehnung,
Dehnungsinkremente sind
summierbar
Kein elastischer Bereich
Unterschied Fließkurve und Spannungs-Dehnungs-Diagramm
- 26 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einflussparameter auf Fließkurve
� Kaltumformung
Umformgrad Fließspannung kf
� Warmumformung
Temperatur ϑ Fließspannung kf
Umformgrad Fließspannung kf
kalt
Flie
ßsp
annung k
fin
MPa
warm
Umformgrad
constϕ =&
ϕ
ϕ
ϕ
- 27 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Umformgrad - mehrachsig
Aus den Längenänderungen in X-, Y- und Z-Richtung ergebensich 3 Umformgrade:
1Y
1X
1Z
0Y
0X
0Z
Y
XZ
Der Umformgrad ist als der natürlicheLogarithmus aus dem Verhältnis der Länge zur Ausgangslänge definiert. 0LL
1
0
ln=X
X
Xϕ 1
0
ln=Y
Y
Yϕ
1
0
ln=Z
Z
Zϕ
Vorzeichen beachten:Dehnung: > 0Stauchung: < 0
ϕϕ
- 28 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Volumenkonstanz
Volumenkonstanz:Werkstoff ist inkompressibel
0 1 0 0 0 1 1 1konstant= → → × × = × ×V V H L B H L B
1 1 1 1
0 0 0 0
1× ×= =× ×
V H L B
V H L B
0H
0B
0L0V
Ausgangsform
1H
1B
1L1V
Endform
FWerkstück
Stempel
Stauchvorgang
- 29 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
1 2 3 0+ + =ϕ ϕ ϕ 1 2 3 0+ + =& & &ϕ ϕ ϕsowie
1 1 1
0 0 0
ln ln ln 0+ + = + + =H L B
H L B
H L Bϕ ϕ ϕ
Bedingung aus der Volumenkonstanz:
0H
0B
0L
0V
1H
1B
1L
1V
Volumenkonstanz
1 0=V V
=& d
dt
ϕϕmit
- 30 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Anwendung Zugversuch
Dehnung in Zugrichtung � Abnahme der QuerschnittsflächeWie wird wahre Querschnittsfläche A berechnet?
F
F
Querschnittsfläche
A0
A
- 31 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
� Fließort beschreibt einen mind. 2-achsigen Spannungszustand, der zu einer plastischen Deformation führt
� Wie erhält man Informationen über die anderen Spannungszustände?
� Experimente oder� Annahmen bzgl. Fließort
� Populäre Fließkriterien / Fließorte (für isotrope Werkstoffe) sind die Kriterien nach Tresca und von Mises
Mehrachsige Spannungszustände
In Realität meist mehrachsige SpannungszuständeBeispiel: Ebener Spannungszustand mit den
Normalspannungen σi und denSchubspannungen τij
Yσ
XσXYτ
YXτYσ
XσXYτ
YXτ
X
Y
- 32 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Fließkriterium nach TRESCA
(Schubspannungshypothese)
Ebener Spannungszustand: σII = 0!
I III I
III I III
III I III I
III I I
I III III
I III I III
Bereich
I 0
II 0
III 0
IV 0
V 0
VI 0
f
f
f
f
f
f
k
k
k
k
k
k
σ σ σσ σ σσ σ σ σ
σ σ σσ σ σ
σ σ σ σ
> > => > => > = −
> > = −> > = −> > = −
Iσ
IIIσ
-kf
-kf
kf
plastisch
kf
σIII
IσI
IIσ
III
Iσ
IIIσ
III
Iσ
IVσ
III
Iσ
Vσ
III
Iσ
VIσ
III
Iσ
max 2= fk
τ
- 33 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
( ) ( ) ( )2 2 2
1 2 2 3 3 1
1
2 = − + − + − fk σ σ σ σ σ σ
Das Fließkriterium nach VON MISES via Hauptspannungskomponenten:
( ) ( ) ( ) ( ). .
2 2 2 2 2 216
2 = − + − + − + + +
144444444444424444444444443v M
f xx yy yy zz zz xx xy yz zxk
σ
σ σ σ σ σ σ τ τ τ
Fließkriterium nach VON MISES
(Gestaltänderungsenergiehypothese)
σ3
σ1
45°
Das Fließkriterium nach VON MISES via Spannungskomponenten:
σ2 = σII = 0 � ebener Spannungszustand
/0 = 1"� + 12
� − 1"12
- 34 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Vergleich TRESCA & VON MISES
Maximale Abweichung zwischen beiden Kriterien: 15,5 %
TRESCA
/0 = 2 · ���� = 2 · ��4
VON MISES
/0 =1
21�� − 144
�+ 144 − 155
�+ 155 − 1��
� + 6 ��4� + �45
� + �5��
σIII
σI
45°
Tresca
v. Mises
Angenommener Spannungszustand: τxy ≠ 0
/0 = 3 · ��4
- 35 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
σ1 in MPa
100
200
300
400
0 0.2
k fin
MP
a
V
0
-200 -100 0 100 200
0σ
0σ
0σ−
0σ−
300
400
0.4
-100
-200 -200
-100
0
100
200
σ 2in
MP
a
Umformgrad ϕ
Fließkurve
Zusammenhang Fließkurve - Fließortkurve
Fließortkurve
Isotrope Verfestigung
Anfangsfließortkurve
Folgefließortkurve
- 36 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Autor, Jahr σ0 σ30 σ45 σ75 σ90 σb τ r0 r30 r45 r75 r90 rb
Hill-Typ
Hill 1948 x x x x
Hill 1979 x x x
Hill 1990 x x x x x x
Hill 1993 x x x x x
Chu 1995 x x x x x
Lin, Ding 1996 x x x x x x x
Hu 2005 x x x x x x x
Hosford-Typ
Hosford 1979 x x x
Barlat 1989 x x x x
Barlat 1991 x x x x
Karafillis, Boyce 1993 x x x x x x
Bron-Besson 2003 x x x x x x x
Barlat 1996 x x x x x x x
BBC 2000 x x x x x x x
Barlat 2003 (Yld2000) x x x x x x x x
BBC 2003 x x x x x x x x
Aretz-Barlat 2004 x x x x x x x x
Drucker-Typ
Cazacu-Barlat 2001 x x x x x x x x x x x
Cazacu-Barlat 2005 x x x x x x x x x x x
Übersicht „gängiger“ Fließkriterien
- 37 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Unterteilungskriterien in der Umformtechnik
� Temperatur
Warm-, Halbwarm-, Kaltumformung
� Prozesstechnik
Massiv- und Blechumformung
� Spannungszustände
Zug, Druck, Schub und Kombinationen (siehe DIN 8580, DIN 8582)
Umformen DIN 8582Umformen DIN 8582
DruckumformenDruckumformen
ZugdruckumformenZugdruckumformen
ZugumformenZugumformen SchubumformenSchubumformen
BiegeumformenBiegeumformen
- 38 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580
Zusammenhaltschaffen
Zusammenhaltbeibehalten
Zusammenhalt vermindern
Zusammenhalt vermehren
Formändern
6.Stoffeigenschaften ändern
5.Beschichten
1.Urformen
Eigenschaften
2.Umformen
3.Trennen
4.Fügen
Umlagernvon
Stoffteilchen
Aussondernvon
Stoffteilchen
Einbringenvon
Stoffteilchen
- 39 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einteilung der Umformverfahren in Untergruppen nach DIN 8582
Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen
Wal
zen
Fre
iform
en
Ges
enkf
orm
en
Ein
drüc
ken
Dur
chdr
ücke
n
Dur
chzi
ehen
Tie
fzie
hen
Kra
genz
iehe
n
Drü
cken
Kni
ckba
uche
n
Läng
en
Wei
ten
Tie
fen
Bie
gen
mit
gera
dlin
iger
Wer
kzeu
gbew
egun
g
Ver
schi
eben
Ver
dreh
en
Bie
gen
mit
dreh
ende
rW
erkz
eugb
eweg
ung
Umformen
- 40 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
DIN 8582
Umformen
DIN 8593
Fügen
Fertigungsmöglichkeiten für einen Bolzen
Beispiele: Welche Fertigungsverfahren gibt es nach DIN 8580?
DIN 8588 – DIN 8592
Trennen
Anstauchen:Kleiner Ausgangs-querschnitt
Fließpressen:Großer Ausgangs-querschnitt(Werkstoff wird durch die Düse gedrückt)
Urformen
Fertigteil
+
Abfall
- 41 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Spanende vs. umformende Fertigung
Spanvolumen
Großes Spanvolumen⇨ Werkstoffeffizienz ⇩
Beispiel: Daußen = 1,2 • Dinnen
⇨ 70 % Spanvolumen
(Quelle: Bargel)
Faserverlauf
gestoßen umgeformtFaserverlauf unterbrochen durch spanende Fertigung
Geringere Festigkeit
Einfluss auf Ermüdungs- und Verschleißfestigkeit
Wirtschaftlich beikleinen Abmessungen
0
14
7
Be
zog
en
es
Sp
an
volu
me
n
in 1
06
Innendurchmesser Di in mm
0 2.000 4.000
mm
³m
m
123 kg
31 kg
80 g
- 42 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Umformen – ZerspanenKostenvergleich
Werkstückgewicht minimale Anzahl der Werkstücke:
10 20
Ø10Ø20
Gedrehtes Werkstück
Werkstoff: 9 SMnPb 2 3
2010
Ø20 Ø10
Umgeformtes Werkstück
Werkstoff: Ma 8
<20 g 10.000 20 bis 500 g 5.000 500 g bis 10 kg 1.000 10 bis 50 kg 1.000
Beispiel Kaltumformung
- 43 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Spanende vs. umformende Fertigung
(Quelle: nach K. Lange)
Normal erreichbar
Durch Sondermaßnahmen erreichbar
In Ausnahmefällen erreichbar
Sp
an
en
Um
form
en
- 44 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einteilung UmformverfahrenBlech- und Massivumformung
Umformende Fertigungsverfahren
Massivumformung Blechumformung
F1
F3
F2
F2
F1
F2
F1
� Halbzeugabmessungen in allen drei Raumrichtungen ähnlich
� Werkstofffluss in alle Richtungen
� I. Allg. drei-achsiger Spannungszustand
� Größere Umformkräfte als bei Blechumformung
� Deutlich älter als Blechumformung(z.B. Schmieden)
� Halbzeugabmessung in Dickenrichtung wesentlich geringer
� Werkstück ist Hohlkörper(annähernd konst. Wandstärke)
� I. Allg. zwei-achsiger Spannungszustand(Zug-Zug oder Zug-Druckspannung)
- 45 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einteilung UmformverfahrenTemperatur
Kaltumformung
� Raumtemperatur
� ohne zusätzliche
Erwärmung
Warmumformung
� Erhöhte Temperatur
� mit zusätzlicher
Erwärmung
Halbwarmumformung
� Erhöhte Temperatur
� Erwärmung?
UnterhalbRekristallisations-
temperatur
OberhalbRekristallisations-
temperatur
GrenzbereichRekristallisations-
temperatur
Nach DIN 8582 Nach DIN 8582
- 46 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Einteilung UmformverfahrenTemperatur
� Kaltumformung
− Temperatur: ϑ < Rekristallisationstemperatur
− Keine Verzunderung der Oberfläche
− Erhöhung der Festigkeit und Verringerung der Dehnung durch Kaltverfestigung
� Warmumformung
− Temperatur: ϑ > Rekristallisationstemperatur
− Großes Umformvermögen der Werkstoffe, geringe Umformkräfte
− Keine Änderung der Festigkeit am umgeformten Werkstück
� Halb-Warmumformung
− Temperatur: Raumtemperatur < ϑ < Rekristallisationstemperatur
− Kein bzw. geringes Verzundern an der Oberfläche
− Geringere Umformkräfte als beim Kaltumformen
− Engere Maßtoleranzen als beim Warmumformen
� Dehnratenaspekt
9: =;9
;<muss so gewählt werden, dass Rekristallisation zeitlich stattfinden kann!
� Hohe Dehnraten ermöglichen ein Verschieben der Rekristallisation zu höheren Temperaturen!
Zahlenwerte
Stahl: ϑR ≈ 600 °C
Aluminium: ϑR ≈ 300 °C
- 47 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Rekristallisationstemperatur
Erforderliche Temperatur, die eine Umwandlung aller Körner in 1 h zur Folge hat
Wärmezufuhr oder dissipierte Umformenergie reduziert Versetzungsdichte und kann Korngrenzen verändern� Rekristallisation verändert die Mikrostruktur
Tm = SchmelztemperaturZeit
Fließspannung
Umformbarkeit
Rekristallisation
primär sekundär
Einschub Rekristallisation 1
- 48 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
400 °C
Temperatureinfluss bei
definierter Zeit
(Aluminium, 30 min)
Temperaturführung während einer Wärmebehandlung
450 °C
640 °C
600 °C
550 °C
500 °C
Kornwachstum in Abhängigkeit der
Zeit
Zeit
Quelle: Dr. R. Henseler;
Prof. A. Brückner-Foit Zeit
Tem
pera
tur
1 2 3 4
1: Vorheizen tpr
2: Durchwärmen tth
3: Halten tho
4: Abkühlen tco
Einschub Rekristallisation 2
- 49 -FT II – Umformtechnik WS2013/14 | Einführung
Literatur- und Internethinweise
Literaturhinweise
� Lange, K. (Hrsg.), Umformtechnik, Bd. 1-4, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1984, 1988, 1990, 1993
� Spur, G., Handbuch der Fertigungstechnik, Band 1-3,Karl-Hanser-Verlag, München, Wien, 1984
� Kopp, R., Einführung in die Umformtechnik, 2. Aufl., Verlag der Augustinus Buchhandlung, Aachen, 1999
Internethinweise
� Informationsportal Umformtechnik: www.umformen.de� Industrieverband Massivumformung e.v.: www.imu.wsm-net.de� Gesamtverband der Aluminiumindustrie: www.aluinfo.de� E-Learning zum Thema Aluminium: www.alumatter.info