Umformen

Fertigungslehre

Das Kapitel Umformen in unserem Online-Kurs Fertigungslehre besteht aus folgenden Inhalten:

1. Grundlagen des Umformens

   Umformen > Grundlagen des Umformens

   

   Bevor wir nun mit den einzelnen Umformverfahren beginnen, stellen wir dir zuvor grundlegende Eigenschaften von metallischen Werkstoffen vor. Metalle stellen einen Verbund von zahlreichen Atomen dar, die über eine metallische Bindung zusammenhängen. MetallografieDie Metallografie versucht aus dem mikroskopischen Aufbau eines Metalles, auf dessen makroskopische Eigenschaften zu schließen. Im Folgenden werden daher einige grundlegende Begriffe aufgeführt und erklärt.AtomeAtome ...

2. Gittermodell nach Pearson

   Umformen > Grundlagen des Umformens > Gittermodell nach Pearson

   

   Aus den zuvor aufgezählten Gittersystemen verfasste Pearson eine Übersicht von 14 verschiedenen Gitterarten, welche unter dem Namen Bravais-Gitter bekannt sind. Als Unterscheidungsmerkmal wählte Pearson die Geometrie einer Gitterart. So konnte er anhand von drei Kantenlängen und drei Winkeln zwischen den Kanten sieben Gitterarten eindeutig charakterisieren. Unter zur Hilfenahme von zusätzlichen Symmetriegesichtspunkten erhöht sich die Anzahl der Gitterarten ...

3. Formänderung

   Umformen > Formänderung

   

   ... von metallischen Körpern infolge des Umformens bewirken elementare Vorgänge innerhalb einzelner Körner. Von einem Konstruktionswerkstoff erwartet man grundsätzlich, dass er eine bestimmte Festigkeit aufweist. Übersteigt eine mechanische Beanspruchung nun den Grenzfestigkeitswert, so kommt es zu Verformungen. In manchen Fällen, wie der Formgebung ist dies erwünscht und anderen Fällen wie der Statik hingegen nicht. Anhand der Krafteinwirkung ...

4. Elastische, reversible Formänderung

   Umformen > Formänderung > Einkristalle > Elastische, reversible Formänderung

   

   Bevor eine Erläuterung der elastischen, reversiblen Formänderung folgt, soll in einigen wenigen Sätzen auf die Auslöser für reversible Verformungen eingegangen werden.Wird ein Körper mechanisch beansprucht, so treten im Körper Reaktionskräfte auf, die im Gleichgewicht mit den äußeren Kräften stehen. Diese flächenbezogenen Reaktionskräfte bezeichnet man als Spannung. Tritt eine Spannung auf, gilt es zunächst ...

5. Plastische, irreversible Formänderung

   Umformen > Formänderung > Einkristalle > Plastische, irreversible Formänderung

   

   Wird eine bestimmte Belastungsgrenze überschritten, kommt es im Anschluss an die reversiblen Verformung zu bleibenden Formänderungen, da sich die Atome immer weiter voneinander entfernen und in Folge einer Gleitung von Teilen des Kristalls als Gleitpakete sprunghaft um viele Atomabstände verschoben werden. Wird ein gewisser Schwellenwert überschritten, so ist die Schubspannung groß genug, um die elastische Rückstellkraft zu ...

6. Gitterfehler

   Umformen > Formänderung > Vielkristalle > Gitterfehler

   

   Metalle und Metalllegierungen bestehen aus kleinen, gegeneinander unterschiedlich orientierten Körnern oder Kristalliten. Jedes Korn dieser Vielkristalle umfasst eine dreidimensionale periodische Anordnung von Atomen, welche sich als das bereits bekannte Raumgitter darstellt. Man unterscheidet hierbei zwischen homogenen und heterogenen Vielkristallen: Homogene Vielkristalle besitzen nur eine Kornart.Heterogene Vielkristalle besitzen mehrere Kornarten.Ferner ...

7. Punktförmige Gitterfehler

   Umformen > Formänderung > Vielkristalle > Gitterfehler > Punktförmige Gitterfehler

   

   Als 0-dimensionalen oder punktförmigen Gitterfehler werden Gitterstörungen von atomarer Größenordnung bezeichnet. Unter 0-dimensionalen Gitterstörungen werden folgende Gitterstörungen zusammengefasst:1. Leerstellen, d. h. in der Atomanordnung fehlt ein Atom.2. Zwischengitteratom, d. h. in der Atomanordnung ist ein Atom zu viel.3. Substitutionsatom, d. h. in der Atomanordnung befindet sich ein Fremdatom.4. Interstitionsatom, d. h. ...

8. Linienförmige Gitterfehler

   Umformen > Formänderung > Vielkristalle > Gitterfehler > Linienförmige Gitterfehler

   

   Linienförmige Gitterfehler oder eindimensionale Gitterfehler entstehen unter der Einwirkung von Schubspannungen an Korn- und Phasengrenzen oder direkt im Rahmen des Kristallisationsprozesses infolge von vorhandenen Spannungs- oder Temperaturgradienten. Im Bezug auf den inneren Aufbau unterscheidet man zwischen Stufen- und Schraubenversetzungen. In der Umgebung solcher Versetzungen ist das Gitter verzerrt. Um die Richtung und die Größe der auftretenden Verzerrung näher ...

9. Flächenförmige Gitterfehler

   Umformen > Formänderung > Vielkristalle > Gitterfehler > Flächenförmige Gitterfehler

   

   Zu den zweidimensionalen oder Flächen-Gitterfehlern zählen:KorngrenzenStapelfehlerLeerstellen- und FremdatomzonenBei den Korngrenzen unterscheidet man weiter zwischen Groß- und Kleinwinkelkorngrenzen. Die Unterscheidung der Grenzen zwischen den beiden Arten ist nicht genau definiert und liegt bei einem Orientierungsunterschied von 5° zwischen beiden Kristallen.GroßwinkelkorngrenzenUnter der Großwinkelkorngrenze versteht man eine Übergangszone ...

10. Raumförmige Gitterfehler

    Umformen > Formänderung > Vielkristalle > Gitterfehler > Raumförmige Gitterfehler

    

    Unter dreidimensionalen Gitterstörungen versteht man eine Ansammlung von Leerstellen (Mikrorisse, Mikroporen), wie sie infolge von Neutronenbestrahlungen oder einer Diffusion auftreten. Eine weitere Variante von dreidimensionalen Gitterstörungen stellen Einschlüsse von Fremdphasen sowie Ausscheidungen dar. AusscheidungenEnthält ein Werkstoff eine zu hohe Konzentration von Legierungselementen, so kommt es infolge der Auslagerung bei entsprechender ...

11. Zugversuch

    Umformen > Zugversuch

    

    Der Zugversuch stellt das wichtigste Verfahren zur Prüfung von Werkstoffen in der Werkstofftechnik dar. Es dient der Ermittlung des Werkstoffverhaltens bei einachsiger, gleichmäßig über den Querschnitt verteilter Zugbeanspruchung. Im Mittelpunkt jeder Untersuchung steht die Ermittlung der Werkstoffwiderstandsgrößen, deren Kenntnis für jede Konstruktion existenziell wichtig ist. Im Zugversuch wird eine Zugprobe (Probenstab) gleichmäßig ...

12. Tribologie

    Umformen > Tribologie

    

    Die Tribologie beschäftigt sich mit Reibungsvorgängen und deren Folgeerscheinungen. Zudem umfasst sie weitere Bereiche wie Verschleiß und Schmierung. Speziell im Bereich der Umformtechnik spielt die Tribologie eine zentrale Rolle.So ist es ein besonders wichtiges Ziel hochwertige Bauteile herzustellen, die zudem eine annähernd perfekte Oberflächengüte besitzen. Auf der anderen Seite gilt es den Werkzeugverschleiß zu minimieren, um so Kosten und Arbeitszeit einzusparen. ...

13. Reibung

    Umformen > Tribologie > Reibung

    

    ... im Kontaktbereich beim Umformen. Auch hier unterscheiden wir verschiedene Reibungszustände.FestkörperreibungBei der Festkörperreibung unterliegen im Idealfall zwei metallische, reine Kontaktflächen einer Reibbeanspruchung. Auf eine Schmierung wird gänzlich verzichtet. Im Realfall treten zumindest Reaktionsschichten im Oberflächenbereich auf. GrenzreibungDie Grenzreibung zeichnet aus, dass im Kontaktbereich der Bauteile Schutzschichten ...

14. Verschleiß

    Umformen > Tribologie > Verschleiß

    

    Als Verschleiß versteht man die unerwünschte Veränderung der Oberfläche von Körpern. Kennzeichnend für den Verschleiß ist das Heraustrennen kleiner Oberflächenteile durch mechanisches Einwirken. Verschleiß kann durch vielerlei Arten entstehen, von denen wir dir einige in den nachfolgenden Kurstexten vorstellen werden.Wir behandeln nacheinander den Schichtverschleiß, die Deformation sowie die Abrasion und die Oberflächenermüdung.Diese ...

15. Schichtverschleiß

    Umformen > Tribologie > Verschleiß > Schichtverschleiß

    

    Als Schichtverschleiß fasst man alle Vorgänge zusammen, die im Bereich der äußeren Grenzschicht auftreten. Die Grenzschicht setzt sich aus Oxidschichten, Adsorptionschicht und Reaktionsschicht zusammen.Adsorptionsschichten entstehen infolge der Triboadsorption chemischer Verbindungen auf den mechanisch beanspruchten Flächen des Grund- und Gegenkörpers. Reaktionsschichten entstehen durch mechanisch oder thermisch aktivierte chemische Reaktionen der Elemente.In ...

16. Abrasion

    Umformen > Tribologie > Verschleiß > Abrasion

    

    Die Abrasion umfasst alle Verschleißvorgänge im Bereich der inneren Grenzschicht eines Körpers, bei denen durch einen Zerspannungsprozess Werkstoffeteile in submikroskopischer und mikroskopischer Teilchengröße getrennt werden.Folgen von AbrasionTritt ein abrasiver Verschleißvorgang in reiner Form auf, so ist davon auszugehen, dass es sich um eine Paarung aus Metall und Mineral handelt. In anderen Fällen, also bei metallischen Reibpaarungen, entstehen abrasive ...

17. Deformation, Adhäsion

    Umformen > Tribologie > Verschleiß > Deformation, Adhäsion

    

    Die technischen Oberflächen von Werkstücken weisen in den meisten Fällen eine bestimmte Oberflächenfeingestalt auf. Bei der Annäherung dieser Oberflächen unter äußerer Belastung findet eine mikrogeometrische Anpassung der gepaarten Oberflächen statt. Diese wird besonders durch Fließvorgänge ausgelöst und wirkt an den Rauhigkeitsgipfeln der Oberflächen.Die Intensität der Oberflächendeformation eines Körper hängt ...

18. Ermüdung

    Umformen > Tribologie > Verschleiß > Ermüdung

    

    Als letzte Verschleißart im Rahmen der Umformung stellen wir dir nun kurz die Oberflächenermüdung vor.Hierbei entsteht infolge von Ermüdungsrissen, dem Rissfortschritt und/oder dem Restbruch eine Trennung von Werkstoffteilchen auf mikro- und makroskopischer Ebene.Als Ursache für diese Vorgänge sind mechanische, thermische und chemische Beanspruchungen zu nennen, die einzelnen oder in Kombination auftreten können. Bei einer Überlagerung dieser Beanspruchungen ...

19. Schmierung

    Umformen > Schmierung

    

    Schmierstoffe helfen die Reibung und den Verschleiß bei Umformverfahren zu reduzieren. Gleichzeitig begünstigen sie die Wärmeabfuhr, was infolge von entstehender Reibungswärme und Abrieb notwendig ist. Bei der Auswahl von Schmierstoffen greift man entweder auf Schmieröle oder auf Schmierfette zurück. Beide haben ähnlich gute Eigenschaften, jedoch werden Schmieröle bevorzugt eingesetzt. Daher werden wir in diesem Kurstext ...

20. Walzen

    Umformen > Walzen

    

    ... ergibt. Welche physikalischen Prozesse beim Umformen auftreten, richtet sich nach der vorliegenden Prozesstemperatur.Bramme fährt in die Walzstraße ProzesstemperaturBei einer Temperatur im mittleren und unteren Bereich, erzeugt eine Umformung eine Verfestigung.Bei einer Temperatur im hohen Bereich, kommt es infolge der Umformung zu einer Entfestigung. Wir klassifizieren daher die Umformung in Kaltverformung und Warmverformung: Die Temperatur ...

21. Einordnung des Walzens in die Umformverfahren

    Umformen > Walzen > Einordnung des Walzens in die Umformverfahren

    

    Immer wenn ein Werkstück einer Formänderung unterzogen wird, spricht man von einer Umformung. Da eine sehr große Anzahl von Umformungsverfahren existiert, ordnet man sie vorzugsweise nach der Art der Beanspruchung,  die das plastische Fließen des Metalls verursacht, ein.Umformverfahren DruckumformverfahrenZugdruckumformverfahrenZugumformverfahrenBiegeumformverfahrenSchubumformverfahren In der Industrie findet man besonders häufig die beiden ersten Verfahrensarten.Dem ...

22. Unterscheidung der Walzverfahren

    Umformen > Walzen > Unterscheidung der Walzverfahren

    

    Zur Erinnerung:Das Walzen stellt ein Umformungsverfahren dar, das immer dann eingesetzt wird, wenn es um die Herstellung von Blechen, Stangen und  Rohren geht. In geringerem Umfang werden auch Werkstücke durch Walzvorgänge hergestellt oder Bearbeitet. Jedoch entfällt der größte Anteil aller Walzvorgänge auf das Flachwalzen von Blechen, die anschließend ihre weitere Verarbeitung im Karosserie- oder Gehäusebau finden.Diese Beschreibung erfasst jedoch ...

23. Warmwalzverfahren

    Umformen > Walzen > Warmwalzverfahren

    

    Beim Warmwalzen findet die Umformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes statt.Das Walzgut bezeichnet man als Bramme, Vorblock oder Knüppel. Bramme Prozesstemperaturen:Bei Stahl liegt die Umformungstemperatur zwischen ca. 700 - 1260 °C.Bei Aluminium hingegen liegt die Temperatur in einem Bereich von 250 - 500 °C.Der Vorteil bei diesen Prozesstemperaturen liegt darin, dass das Walzgut weicher ist und mit einer verhältnismäßig geringen Kraft ...

24. Kaltwalzverfahren

    Umformen > Walzen > Kaltwalzverfahren

    

    ... statt. Es wird vorzugsweise für das Umformen von Breitflachprodukten wie z. B. Blechen verwendet. Die mechanischen Walzelemente weisen meistens Raumtemperatur auf $ \longrightarrow $ soweit findet keine Materialerhitzung statt.Das primäre Ziel des Kaltwalzens besteht in der Dickenreduktion von Blechen. Das Blech befindet sich in einem ferritischen Zustand.Ablauf des WalzvorgangsDas Eingangsmaterial hat bereits ein Warmwalzen erfahren und wird in Form eines aufgerollten Blechs, ...

25. Strangpressen und Fließpressen

    Umformen > Walzen > Strangpressen und Fließpressen

    

    Das Strang- und das Fließpressen sind grundsätzlich sehr ähnlich, unterscheiden sich jedoch in ihrer Kontinuität. Während das Strangpressen in einem Verfahrensschritt abläuft, erfolgt die Formgebung beim Fließpressen diskontinuierlich.Massivumformung: Bei den Verfahren der Massivumformung werden näherungsweise dreidimensionale Körper umgeformt. Bsp.: Strang- und Fließpressen, Gesenkschmieden, Freiformschmieden (Hammer und Amboss)Blechumformung: ...

26. Walzprofilierung

    Umformen > Walzen > Walzprofilierung

    

    Die Walzprofilierung oder Längsprofilierung ist ein Verfahren, bei dem Blechbänder oder Platinen mithilfe von Walzen in mehreren Stufen zu Profilen umgeformt werden. Die Formgebung erfolgt kontinuierlich. In jeder Umformstufe wird mindestens ein Rollenpaar benötigt. Walzprofilierung In der nächsten Abbildung siehst du den schematischen Ablauf einer Profilgebung.Schema einer Walzprofilierung Wie du der Abbildung entnehmen kannst, erfolgt das Walzen schrittweise. ...

27. Tiefziehverfahren

    Umformen > Tiefziehverfahren

    

    Als letztes Umformverfahren wird nun das Tiefziehen behandelt. Ohne das Tiefziehen wäre der Bau von Kraftfahrzeugen undenkbar. Beinahe alle Teile der Karosserie werden durch Tiefziehen eines ebenen Bleches erzeugt.Teil der Karosserie Die durch Tiefziehen erzeugten Teile oder Körper sind fast ausschließlich sehr dünnwandig.  Ein besonders anschaulicher Tiefzieh-Vorgang ist die Herstellung eines einfachen Kochtopfes.Tiefziehmaschine  ...

28. Streckziehen

    Umformen > Streckziehen

    

    Das Streckziehen ist ein Verfahren, bei dem ein fest eingespanntes Werkstück (meist Bleche) über einen starren Stempel gezogen und somit geformt wird. Während der Umformung verringert sich die Blechdicke und im Gegensatz zum Tiefziehen kann das Blech aufgrund der Klemmung nicht nachfließen. Die beiden häufigsten Streckziehverfahren sind das einfache Streckziehen und das Tangentialstreckziehen. Beide Verfahren werden in der nachfolgenden Abbildung schematisch dargestellt.StreckziehenBeim ...

29. Biegen

    Umformen > Biegen

    

    Als letztes Thema gehen wir noch einmal auf das Biegen als Umformungsverfahren ein. Dabei werden wir nachfolgend die elastische und die plastische Biegung unterscheiden. Das Biegen als Umformverfahren wird durch Biegebeanspruchungen bewirkt. Dabei wird das Werkstück in eine Richtung gekrümmt. In der nächsten Abbildung siehst du ein Blech, dass gebogen wurde. Wir haben dir die wichtigsten Begriffe im Bezug auf das Biegen eingezeichnet.Bei der anschließenden Abbildung ...