Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Umformen Fertigungstechnik Vorlesung 04
Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. Uhlmann
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Inhalt
Einteilung nach DIN 8582 Theoretische Grundlagen Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Schubumformen Biegeumformen Sonderverfahren Zusammenfassung
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
Fertigen durch bildsames (plastisches) Ändern der Form eines festen Körpers; dabei werden sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten. Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Definitionen der Umformverfahren Umformung eines festen Körpers, wobei der plastische Zustand im wesentlichen herbeigeführt wird durch eine… Druckumformen (DIN 8583)
… ein- oder mehrachsige Druckbeanspruchung.
Zugdruckumformen (DIN 8584)
… zusammengesetzte Zug- und Druckbeanspruchung.
Zugumformen (DIN 8585)
… ein- oder mehrachsige Zugbeanspruchung.
Biegeumformen (DIN 8586)
… Biegebeanspruchung.
Schubumformen (DIN 8587)
… Schubbeanspruchung.
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Fertigungsbeispiele Warmumformung
Gesenkschmieden einer Kurbelwelle (Video)
Profil-Längswalzen von Ringen (Video)
Schmieden von Achszapfen (Video)
© Infostelle Deutsche Massivumformung e. V.
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Kennwerte der Verformungskunde Übliche Größen in der Festigkeitslehre
E,
Rp0,2,
εij,
σij
Verwendete Größen in der Verformungskunde
E,
kf ,
φ,
σij
Logarithmische Formänderung (Umformgrad)
dϕ :=
Formänderungsgeschwindigkeit
ϕ =
Bei Volumenkonstanz gilt
φ1 + φ2 + φ3 = 0
Formänderungsfestigkeit
Die Formänderungsfestigkeit kf ist die Spannung, die zur Einleitung und Aufrechterhaltung einer bleibenden Formänderung im einachsigen Spannungszustand erforderlich ist. kf ist die zu verzeichnende Kraft bezogen auf die jeweilige momentane Querschnittsfläche.
l dl ⇒ ϕ = ln 1 l l0
dϕ dt
k f = f (ϕ, ϕ , ϑ) ϑ: Temperatur des Umformguts Quelle: Dubbel – Taschenbauch für den Maschinenbau Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Umformkraft Die für einen Umformprozess erforderliche Kraft ist von der Umformmaschine aufzubringen und somit für die Wahl der Maschine von entscheidender Bedeutung. Der Betrag der erforderlichen Umformkraft wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, unter anderem: Werkstückgeometrie, Werkstückmaterial, Umformtemperatur (Kalt-, Halbwarm- oder Warmumformung), Reibungsverhältnisse. Fges = Fid + FR + FSch + FB Fid : ideelle Umformkraft FSch : Schiebungsanteil
FR : Reibanteil FB : Biegeanteil
Die Berechnung der einzelnen Kraftanteile ist stark vom betrachteten Umformverfahren abhängig, so dass hierfür keine allgemein gültigen Gleichungen angegeben werden können. Daher sind für jeden betrachteten Prozess spezifische Gleichungen anzuwenden. Quelle: Doege, Behrens – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Vergleich Warm-, Halbwarm- und Kaltumformen Umformung
warm
halb warm
kalt
Temperatur (Stahl)
950°C - 1200°C
680°C - 800°C
20°C
Temperatur (Aluminium)
420°C - 480°C
-
20°C
Werkstückgewichte
0,05 – 1500 kg
0,001 – 50 kg
0,001 – 30 kg
IT 13 -16
IT 11 - 14
IT 8 -11
> 50 – 100 µm
> 30 µm
> 10 µm
~ 20 – 30 %
~ 30 – 50 %
~ 100%
φ<6
φ<4
φ < 1,6
bis 113 %
100 %
bis 147 %
hoch
gering
sehr gering
Genauigkeit1 Oberflächengüte Rz Fließspannungen f (T, Werkstoff) Umformvermögen f (T, Werkstoff) „Umformkosten“ VDW-Studie 1991 Darmstadt Spanende Nacharbeit 1 IT:
ISO-Toleranz Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstoffe Das Werkstück 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).
Für die Blechverarbeitung wird der Werkstoff vorwiegend in sog. Coils geliefert, welche dann zu Platinen geschnitten werden. © ThyssenKrupp Steel
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Druckumformen
Obergesenk Werkstück
Werkstück
Walzen Untergesenk
Gesenkformen Werkzeug
Prägestempel
Werkstück Matrize
Eindrücken Freiformen
Durchdrücken Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung der Walzverfahren nach DIN 8583
Walzen
Längswalzen
FlachLängswalzen
Querwalzen
ProfilLängswalzen
FlachQuerwalzen
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ProfilQuerwalzen
Schrägwalzen
FlachSchrägwalzen
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ProfilSchrägwalzen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
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. y Fließscheide l0
h1 h0
v0
l1 v1
vF
0,5∆h
Ausgangshöhe Endhöhe Ausgangslänge Endlänge Eintrittsgeschwindigkeit Austrittsgeschwindigkeit Walzengeschwindigkeit Geschwindigkeit in der Fließzone R Radius der Walzen n Drehzahl der Walzen
h0 h1 l0 l1 v0 v1 vu vF
XE R
Definition
Die Geschwindigkeit an der Fließscheide ist gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Walzen. Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
v F = vu = 2πRn v1 > vF > v0
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Beispiele für Querwalzen und Längswalzen Profilwalze Sattel Werkstück
Werkstück
Flach-Längswalzen von Band oder Blech
Profil-Längswalzen von Profilstäben Walze
Walze Werkstück
Flach-Querwalzen: Glattwalzen im Einstechverfahren Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Werkstück
Profil-Querwalzen: Gewindewalzen im Einstechverfahren Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Beispiele für Profil-Längswalzen und Schrägwalzen Walze
Walze Werkstück
Werkstück
Profil-Längswalzen von Vierkantrohren
Walze
Werkstück Walze
Werkstück
Flach-Schrägwalzen: Glattwalzen von Stäben im Durchlaufverfahren
Profil-Schrägwalzen: Gewindewalzen im Durchlaufverfahren
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Gerüstbauarten
3-Walzengerüst
12-Walzengerüst
6-Walzengerüst Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
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Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung der Freiformverfahren nach DIN 8583 Definition nach DIN 8583 Freiformen ist Druckumformen mit nicht oder nur teilweise die Form des Werkstückes enthaltenden, gegen einander bewegten Werkzeugen. Die Werkstückform entsteht dabei durch freie oder festgelegte Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück.
Freiformen
Recken
Schlichten (SchlichtRecken)
Rundkneten
Aufweiten
Breiten
Stauchen
Beihalten
Absetzen durch Recken
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Treiben
Schweifen
Flachprägen
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Dengeln
Anstauchen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Beispiele für Freiformverfahren Werkstück
Sattel
Werkstück Sattel
Knetbacken Sattel Werkstück
Recken von Vollkörpern Ausgangsform des Werkstücks
Rundkneten im Vorschubverfahren
Endform des Werkstücks
Ausgangsform des Werkstücks Stempel
Endform des Werkstücks
Breiten
Ausgangsform des Werkstücks
Treibwerkzeug
Endform des Werkstücks Schweifhammer
Werkstück
Stauchbahn Werkstück
Werkstück Stauchplatte
Stauchen Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Treiben
Schweifen Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
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Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Gesenkformen Eindrücken
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung der Gesenkformverfahren nach DIN 8583 Definition Gesenkformen Gesenkformen ist Druckformen mit gegeneinander bewegten Formwerkzeugen (Gesenken), die das Werkstück ganz oder zu einem wesentlichen Teil umschließen und dessen Form enthalten (abformende Gestalterzeugung). Gesenkformen
Gesenkformen mit teilweise umschlossenem Werkstück
Formrecken
Reckstauchen
Formrundkneten
Gesenkformen mit ganz umschlossenem Werkstück
Formstauchen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Anstauchen im Gesenk
Formpressen ohne Grat
Formpressen mit Grat
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Gesenkdrücken
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Beispiele für Gesenkformverfahren
a b c d e
Werkstück Anstauchgesenk Formsattel Formstempel Gesenk
c a
c
a
Formstauchen a
b
a
a
d
a
a a
Reckstauchen Anstauchen im Gesenk
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
e
e
Formpressen ohne Grat
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Formpressen mit Grat
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkzeugmaschinen
Walzmaschine
© Metalpres
© CORUS
Strangpresse für Aluminiumprofile
© Lasco
Hydraulische Presse zur Massivumformung © Schuler
Hydraulische Medaillenprägepresse Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstückbeispiele
geprägte Münzen und Schlüssel
© Ex-Cell-O GmbH
kaltgewalzte Verzahnungen an Wellen aus CrMo-Stahl
© Schletter GmbH
Strangpressprofil aus Aluminium (Seitenwand eines Verkaufständers)
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© SMS Eumuco GmbH
Stadienfolge beim Gesenkschmieden von Pleuelstangen Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Zugdruckumformen
Stempel
Stempel Blechhalter / Niederhalter Platine Ziehteil
Abstreckmatrize Werkstück
Matrize
Tiefziehen
Durchziehen Stempel Blechhalter / Niederhalter Werkstück Matrize
Kragenziehen Video Tiefziehen
Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Zugdruckumformen Drückform
Ronde
Werkstück
Drücken
Drückwalze
Drückring Werkstück
Knickbauchen
Innenstempel Aufnehmer Auswerfer Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Tiefziehen Kragenziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung der Tiefziehverfahren nach DIN 8584-3 Tiefziehen
Tiefziehen mit Werkzeugen
Tiefziehen mit starrem Werkzeug
Tiefziehen mit nachgiebigem Stempel
Tiefziehen mit Wirkmedium
Tiefziehen mit nachgiebigem Werkzeug
Tiefziehen mit nachgiebigem Kissen
Tiefziehen mit formlos festen Stoffen mit kraftgebundener Wirkung
Tiefziehen mit Wirkmedien mit kraftgebundener Wirkung
Tiefziehen mit Flüssigkeiten mit kraftgebundener Wirkung
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Tiefziehen mit Wirkenergie
Tiefziehen mit Wirkmedien mit energiegebundener Wirkung
Tiefziehen mit Gasen mit kraftgebundener Wirkung
Tiefziehen mit formlos festen Stoffen mit energiegebundener Wirkung
Tiefziehen mit Flüssigkeiten mit energiegebundener Wirkung
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Tiefziehen mit Gasen mit energiegebundener Wirkung
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Tiefziehen im Erstzug Definition nach DIN 8584: Tiefziehen ist Zugdruckformen eines Blechzuschnittes zu einem Hohlkörper oder Zugdruckformen eines Hohlkörpers zu einem Hohlkörper mit kleineren Umfang ohne beabsichtige Veränderung der Blechdicke. FN
dR
Ziehringdurchmesser
dst
Ziehstempeldurchmesser
FN
Niederhalterkraft
FZ
Ziehkraft
rR
Radius der Ziehringrundung
rst
Radius der Stempelrundung
ri
innerer Biegehalbmesser
S0
Blechdicke der Ronde
FN Fz
dst
Ziehstempel
S0
rst Platine
Niederhalter
Flansch des Napfes
dR Ziehring (Matrize)
Quelle: Spur, Stöferle - Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 2/3 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Rondenreduktion beim Tiefziehen
do
Rondenaußendurchmesser
d1
Stempeldurchmesser
dm
mittlerer Durchmesser des Ziehteils
h
Napfhöhe
S1
Blechdicke nach der Umformung
d1 Ronde
d0
Ziehverhältnis für zylindrische Teile:
Zarge
Grenzziehverhältnis:
d1
S1
h
dm = d1+S0
fertiger Napf Boden Quelle: Spur, Stöferle - Handbuch der Fertigungstechnik Bd. 2/3 Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 32
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkzeugmaschinen
© Schuler
Großteil-Transferpresse für Karosserieteile
© Schuler
Tiefziehpresse © Leico/Leifeld
Drückmaschine Video Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 33
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstückbeispiele
© ThyssenKrupp Automotive
© Schuler
tiefgezogene Außenhautteile eines PKWs
© AWA Aupperle GmbH
gedrückte Werkstücke (z. B. Lampenschirme, Haushaltsartikel)
© Viega GmbH & Co. KG © SMG
Pressverbindung mit knickgebauchten Sicken für Dichtungen
tiefgezogene Spüle Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 34
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Versagensfälle beim Tiefziehen
Falten 1. Art im Ziehteilflansch aufgrund zu geringer Niederhalterkraft
Falten 2. Art in der Ziehteilzarge in Bereichen mit tangentialen Druckspannungen
Reißer
Falten 1. Art
Falten 2. Art
Reißer
Rückfederung
Bei zu hoher Ziehkraft übersteigen Zugspannungen die Zugfestigkeit des Werkstückes
Rückfederung hervorgerufen durch die mit plastischer Umformung einhergehenden elastischen Dehnungsanteile
Quelle: Doege, Behrens: Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 35
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Zugumformen Längen
Dorn
Weiten Werkstück
s1
Spannzange
s0
Tiefen s1< s0
Werkstück
Stempel
Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 37
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Biegeumformen Stempel Werkstück
Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Biegegesenk
Werkstück
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Klemmbacke
Walzen Werkstück Wange
Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 39
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkzeugmaschinen
© Petersen Machinery
CNC Schwenkbiegemaschine
© Safan
Gesenkbiegemaschine © Kärcher-Zell
Rollbiegemaschine
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 40
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstückbeispiele
© Thoman Biegemaschinen GbR
gebogene Hohlprofile (Profilbiegen)
© Löhr GmbH & Co. Präzisionsfedern KG
© Reitinger GmbH
im Gesenk gebogenes Gehäuse
Video
© Wafios AG
gebogene Drahtformfedern Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 41
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Einteilung des Fertigungsverfahrens Umformen nach DIN 8582
Umformen
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
Verdrehen
Verschieben
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegeumformen Schubumformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung
Tiefen
Weiten
Zugumformen
Längen
Knickbauchen
Drücken
Kragenziehen
Tiefziehen
Durchziehen
Durchdrücken
Eindrücken
Gesenkformen
Freiformen
Walzen
Druckumformen Zugdruckumformen
FT VL 4 Folie 42
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Schubumformen
Blechhalter Werkzeug
Verschieben Werkstück
φ MT
Werkstück
Verdrehen
MT Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 43
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Ausgewählte Sonderverfahren Hydromechanisches Tiefziehen Innenhochdruckumformung (IHU) Impulsmagnetische Umformung (IMU)
© Schuler
IHU-Presse mit 35000 kN Presskraft © ElMag Inc
Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 44
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Ausgewählte Sonderverfahren Hydromechanisches Tiefziehen Innenhochdruckumformung (IHU) Impulsmagnetische Umformung (IMU)
© Schuler
IHU-Presse mit 35000 kN Presskraft © ElMag Inc
Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 45
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Hydromechanisches Tiefziehen Eigenschaften:
Stempel
geringere Werkzeugkosten durch die entfallende Matrize, Umformung unterschiedlicher Blechwerkstoffe und Blechdicken mit einem Werkzeug
Blechhalter / Niederhalter Dichtung Druckmedium (Öl, Wasser)
Im Vergleich zum konventionellen Tiefziehen günstigerer Spannungszustand im Ziehteil durch senkrecht zur Werkstückoberfläche wirkenden Mediumdruck, dadurch höhere Ziehverhältnisse im Erstzug, gleichmäßigere Blechdickenverläufe, Höhere Form- und Maßgenauigkeiten, hohe Oberflächengüten und günstigere Eigenspannungszustände
Druckmediumbehälter
Werkstück
Nachteile: höhere Investitionskosten, geringere Ausbringung
kleine Losgrößen bei häufig wechselnden Geometrien Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik / Doege, Behrens – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 46
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Ausgewählte Sonderverfahren Hydromechanisches Tiefziehen Innenhochdruckumformung (IHU) Impulsmagnetische Umformung (IMU)
© Schuler
IHU-Presse mit 35000 kN Presskraft © ElMag Inc
Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 47
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Innenhochdruckumformung Ein Rohr wird aufgeweitet, dabei axial oder radial gestaucht und durch einen Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert. Gegenhalter
Dichtstempel
Rohr
Werkzeugformhälfte
1. Presse schließen
2. Füllen mit Druckmedium
Nebenform T-Stück
3. Horizontalzylinder anfahren, Druck regeln, Gegenhalter führen
4. Presse öffnen, Teil ausstoßen Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 48
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Innenhochdruckumformung Füllventil
Stößelzylinder
Stößel Gegenhalter
Horizontalzylinder
Druckbalken mit Stützrolle
Vier-Säulen-IHU-Presse
Rahmen-IHU-Presse
Quelle: Schuler – Handbuch der Umformtechnik Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
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FT VL 4 Folie 49
Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstückbeispiele
© Schuler
Abgaskrümmer
© Schuler
Querträger
© Premtec
© Schuler
Längsträger (im Herstellungsprozess) Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Fahrradlenker Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Ausgewählte Sonderverfahren Hydromechanisches Tiefziehen Innenhochdruckumformung (IHU) Impulsmagnetische Umformung (IMU)
© Schuler
IHU-Presse mit 35000 kN Presskraft © ElMag Inc
Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Impulsmagnetische Umformung Die impulsmagnetische Umformung nutzt die Kraftwirkung eines Impulsmagnetfeldes zur Umformung elektrisch leitfähiger Werkstücke.
Werkzeugspule
Kern (optional)
Vorteile
Werkstück Hochstromschalter
Stoßkondensator
hohe Wiederholgenauigkeit (wenige Parameter) Berührungsloses Verfahren auch Werkstücke mit nichtleitender Beschichtung umformbar (Lack) nichtleitende Werkstoffe mittels Treiber umformbar Kaltumformung keine Emission von Schadstoffen Nachteile
Spulenstrom
induzierter Strom
magnetischer Druck
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
nicht zur Massivumformung geeignet schlechter Wirkungsgrad bei großflächiger Umformung von Blechen
Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Impulsmagnetische Umformung Verfahrensvarianten Kompression
Flachumformung
Expansion
Matrize Werkstück
Matrize Werkstück
Werkzeugspule
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
Werkzeugspule
Technische Universität Berlin
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Werkstückbeispiele Flachspule
Kompressionsspule
Video © IWF, TU Berlin
© IWF, TU-Berlin
durch Kompression gefügte PKW - Antriebswelle
Expansionsspule
Flachspule
© IWF, TU-Berlin
© IFUTEC
Fügen durch Expansion © Maxwell Magneform Inc.
flachumgeformte Aluminiumreflektoren
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Fügeverbindung an einem Kraftstoffeinfüllstutzen
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Fertigungstechnik VL 4: Umformen
Zusammenfassung Die Einteilung der Umformverfahren erfolgt gemäß DIN 8582 nach der Hauptbeanspruchung: Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Weiterhin kann nach Blech- und Massivumformung, Umformung und Verformung sowie, Kaltumformung [RT≈ 20°C], Halbwarmumformung [650°C bis 900°C (Stahl)] und Warmumformung [1000°C bis 1250°C (Stahl)] unterschieden werden. Neben der Hauptgruppe „Umformen“ umfasst die Umformtechnik auch Teilbereiche aus anderen Hauptgruppen: Zerteilen (Hauptgruppe „Trennen“) und Fügen durch Umformen (Hauptgruppe „Fügen“)
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Technische Universität Berlin
FT VL 4 Folie 55