7/21/2019 0505960001147247622 - UNFORMEN

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4   Umformen

4.1 Definition

Umformen nennt man das Fertigen einesWerkstücks durch bildsame (plastische) Än-derung der Form eines vorgegebenen festenKörpers.

Bild 4.1 zeigt ein Beispiel für einen Umform-vorgang, das Herstellen eines Schraubenroh-lings mit zylindrischem Schaft und zylindri-schem Kopf. Der in diesem Bild enthalteneVergleich mit der spangebenden Fertigung läßteinen der Vorteile des Umformens erkennen:Während bei der spangebenden Fertigung (hierdurch Drehen) ein erheblicher Teil des Aus-gangsteils in Späne umgewandelt wird, trittbeim Umformen kein Werkstoffverlust auf.

4.2 Voraussetzungen der Werkstoffebei (spanlosen) Umformverfahren

Das Werkstoffgefüge muß sich durch

entsprechende Beanspruchung (u.U. bei er-höhter Temperatur) in den plastischen Zu-stand bringen lassen. Der feste Werkstoffmuß dabei fließen, ohne daß an irgendeinerStelle Werkstofftrennungen auftreten. Me-talle können in der Regel zum Fließengebracht werden.

4.3 Klassifizierung von

Umformverfahren

DIN 8582 ordnet die rund 300 Umformver-fahren (von «Abschieben» bis «Zugumfor-men») nach der Art der Beanspruchung, diebeim jeweiligen Verfahren zum Fließen desWerkstoffs führt (Bild 4.2).

DruckumformenDIN 8583

Zugdruckumformen

DIN 8584

Biegeumformen

DIN 8586Schubumformen

DIN 8587

Walzen

Freiformen

Eindrücken

Durchdrücken

Durchziehen

Tiefziehen

Kragenziehen

Drücken

Knickbauchen

Längen

Weiten

TiefenBiegen mitdrehenderWerkzeug-

bewegung

Verschieben

Verdrehen

ZugumformenDIN 8585

Umformen

Biegen mitgeradlinigerWerkzeug-bewegung

Gesenkformen

Bild 4.2 Übersicht der Fertigungsverfahrens-Hauptgruppe Umformen

1   2

a)Bild 4.1 Herstellung eines Schraubenkopfesdurch Umformen (hier: Kaltstauchen bzw. Quer-fließpressen)

a) Herstellung durch spanlose Umformung1 Ausgangsteil (volumengleich dem Fertigteil)2 Fertigteil

b) Herstellung durch spangebende Formgebung

b

Sautter, Fertigungsverfahren: Vogel Buchverlag: ISBN 3-8023-1585-5

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46   Umformen

a) b) c)

f)e)d)

g)   h)

Beispiele für verschiedene Umformverfahrenzeigt schematisch Bild 4.3.

4.3.1 Vorteile von Umformverfahren

  Der eingesetzte Werkstoff wird weitge-hend ausgenutzt (kein Werkstoffverlustdurch Späne; Werkstoffausnutzung >60%;Werkstoffverluste ergeben sich, wennspangebende Fertigbearbeitung erforder-lich ist).

Bild 4.3Beispiele für Umformverfahren

a) Walzenb) Durchdrückenc) Durchziehend) Knickbauchene) Tiefziehenf) Weiteng) Biegenh) Verdrehen

  Kurze Fertigungszeiten: Da das Gesamt-werkstoffvolumen gleichzeitig umge-formt wird und metallische Werkstoffehohe Umformgeschwindigkeiten zulas-sen, können in Verbindung mit automati-scher Werkstoffzufuhr und Werkstückab-fuhr Pressenhubzahlen >100 Hübe/minerreicht werden.

 Bei Kaltumformung kann die Maßgenau-igkeit bis ca. IT 9 erreicht werden. Ober-flächenqualitäten bis Rz = 1  mm sind mög-lich.

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52   Umformen

4.4.5 Umformgrad, Formänderung

Bei elastischer Beanspruchung eines Bauteilsist es üblich, die Formänderung durch dieDehnung e zu beschreiben (Bild 4.14).

e   =

−

=

 h h

 h

 h

 h

0 1

0 0

D

Bei plastischer Formänderung liegen die

Formänderungen in der Größenordnung derAusgangsabmessungen. Zur Beschreibungdes dynamischen Ablaufs der Formänderungbezieht man sich hier auf die Momentanab-messungen. Entsprechend definiert man dieGrößen «Momentanformänderung» und«Gesamtformänderung» (Bild 4.15).

Momentanformänderung df 

d  d

f=

 h

 h

 h = Momentanhöhe

Gesamtformänderung   f 

f   = ∫ d h

 h h

 h

0

1

und daraus   f   = ln h

 h

1

0

Durch Reihenentwicklung ergibt sich derfolgende Zusammenhang zwischen Dehnungε  und Formänderung f

f ≈ ln (1 + e )

Dehnen: Formänderung positiv Stauchen: Formänderung negativ 

Für die zur Umformung erforderlichen Kräf-te sowie für die Verfestigungswirkung ist nurdie absolute Größe des Umformgrades we-sentlich. Bei technischen Umformvorgängenbleibt die Werkstoffdichte r  konstant.  Dasbedeutet, bei Umformungen erhält maneine Verfestigung des Werkstoffs, aber keine

Verdichtung.

N/mm2

k f

 ϕ

N/mm2

k f

a) b)Ig  ϕ

Igk f =  c   ⋅ ϕn Ig  k f = lg  c  + n   ⋅ lg  ϕ

Bild 4.13Fließkurven metallischer

Werkstoffe(Prinzipdarstellung)

a) Fließkurve in linearerTeilung

b) Fließkurve in doppeltlogarithmischer Teilung

1

2

F 

       h        0

       h        1

      ∆       h

Bild 4.14Definition derDehnung e

1 Ausgangsform2 Form unterBeanspruchung

F 

       h

       h        0

       h

        1

      ∆       h

        d       h

Bild 4.15Definition derMomentan-formänderung

und derGesamtform-änderung

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53

Damit gilt:   Sfx,y,z = 0 (Bild 4.16)

Für die Verfestigungswirkung einer Umfor-mung ist nur die absolut größte der dreiFormänderungen fx,y,z wesentlich. Die abso-

lut größte der drei Raumformänderungenwird als Hauptformänderung bezeichnet.

Die Hauptformänderung unterscheidetsich von den beiden anderen Formänderun-gen, den Nebenformänderungen, durch ent-gegengesetztes Vorzeichen.

Näherungsweise rechnet man mit der mitt-leren Fließspannung

 k  k k

fm

f f=

+0 1

2

Durch den Einfluß der Reibung Werkstück/Werkzeug erhöht sich die erforderliche Um-formarbeit W ges   gegenüber dem berechnetenWert der idealen Umformarbeit. Der Wir-kungsgrad hf ist vom Umformverfahren, derWerkstückgeometrie und dem Zustand derWerkzeugoberfläche abhängig (hf = 0,4...0,8):

W   W 

gesid

f

=

h

Die Kraft, die zum Umformen erforderlichist, berechnet man mit

F A k=   ⋅ ⋅ ⋅

10 1

hf

f

fm   ;   A0  Ausgangsquerschnitt

Berechnungsbeispiele unter Erweiterung des

Formelapparats auf spezielle Umformverfah-ren enthält VDI 3200 Blatt 1.

4.5 Umformverfahren

4.5.1 Fließpressen

Fließpressen nennt man das Durchdrückeneines Werkstoffabschnitts zwischen Werk-zeugteilen zum Erzeugen eines einzelnen

Werkstücks. Bild 4.17 zeigt die Zuordnungdes Fließpressens zu den Fertigungsverfah-ren des Bereichs Druckumformen. Zusätz-lich sind in diesem Bild die 3 grundsätzli-chen Verfahrensvarianten des Fließpressensdargestellt.

Verfahrensvorteile

  gute Werkstoffausnutzung   Festigkeitssteigerung  Oberflächenqualität  kurze Stückzeit (≤ 500 Stück/min)

 ϕz

 ϕy

 ϕx

Bild 4.16Komponenten derräumlichen Form-änderung

4.4.6 Umformarbeit, Umformkraft

Die rechnerische Ermittlung der Umformar-beit und der Umformkraft, die bei einemUmformvorgang auftreten, ist wichtig, um

1. die zu erwartende Werkzeugbeanspru-chung ermitteln zu können

2. die erforderliche Maschine (Presse) aus-wählen zu können.

Umformarbeit und Umformkraft können füreine vorgegebene Umformung bei vorgegebe-

nem Werkstoff mit Hilfe der Fließkurven er-rechnet werden.

Umformarbeit W  id 

W V k did   =   ⋅ ⋅∫   f

0

1f

f

Hierin bedeuten:

V  umgeformtes Werkstoffvolumen kf Fließspannung des Werkstückwerkstoffsf  Umformgrad

Umformverfahren

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