Druckumformen

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Druckumformen

Beim Druckumformen wird das Werkstück durch Druckkräfte plastisch umgeformt.

Zum Druckumformen gehören unter anderen das Freiformen ( Schmieden ), das Gesenkformen ( Gesenkschmieden ), das Eindrücken und das Durchdrücken.

Schmieden

Beim Schmieden werden Werkstücke durch schlag oder Druck meist in glühenden Zustand umgeformt.Durch dir Erwärmung des Werkstoffes nehmen seine Dehnung und Formbarkeit zu und der Energieaufwand zum Umformen wird geringer.

Durch Schmieden wird der Werkstoff gestaucht und gestreckt und dadurch sein Gefüge verändert.

Bei Schmiedestücken wird im Gegensatz zu den aus dem Vollen spanend gearbeiteten Werkstücken der Faserverlauf nicht unterbrochen.

Schmiedetemperatur

Die Schmiedetemperatur richtet sich nach dem Werkstoff und kann Tabellen entnommen werden. So beträgt zum Beispiel die Schmiedetemperatur für Aluminiumlegierungen ca. 500°C und die für unlegierten Baustahl ca. 1200°C.

Beim Schmieden sind die Angaben der Werkstoffhersteller über Schmiedetemperaturen und Anwärmzeiten zu beachten.

Freiformen

Das Freiformen wird bei der Herstellung von Einzelstücken und zum Vorformen von Gesenkschmiedestücken angewandt.

Gesenkformen

Während beim Freiformen der Werkstoff beim Umformvorgang frei fließen kann, ist er beim Gesenkformen ganz oder zu einem wesentlichen Teil durch das Gesenk umschlossen.

Gesenke sind geteilte Stahlquader aus warmfestem Stahl, in die Hohlräume eingearbeitet sind, die der Form des fertigen Werkstückes entsprechen.

Die Hohlform (Gravur) enthält meist zur Sicherheit Raum für überschüssigen Werkstoff , der als dünner Grat das fertige Werkstück umgibt. Er wird in einem nachfolgenden Arbeitsgang mit Schneid- oder Schleifwerkzeugen entfernt. Beim gratfreien Gesenkformen entfallen diese Arbeitsgänge. Das Volumen des Rohteiles muss genau bemessen werden.

Die Gesenke sind stark auf Verschleiß beansprucht und müssen nach etwa 10.000 bis 100.000 Werkstücken ersetzt werden. Durch Gesenkschmieden sind Genauigkeiten bis IT 6 bei kleinen Werkstücken, sonst IT 8 bis IT 9 erreichbar ( IT ≈ IT-Toleranzsystem ISO-Qualität,dies ist ein System für Fertigungstoleranzen).

Gesenkformen eignet sich für Massenteile und wenn große Umformungen des Rohteiles zum fertigen Werkstück nötig sind. Der Umformvorgang kann in mehrere Arbeitsgänge aufgeteilt werden.

Schmiedbarkeit der Werkstoffe

Die wichtigsten schmiedbaren Metalle sind Stahl, Aluminium- und Kupferknetlegierungen. Die Schmiedbarkeit hängt von der Zusammensetzung der Werkstoffe, bei Stählen insbesondere vom Kohlenstoffgehalt ab. Mit zunehmendem C-Gehalt und höheren Legierungsanteilen nimmt die Dehnbarkeit und damit die Schmiedbarkeit der Stähle ab. Je geringer der Kohlenstoffgehalt bei unlegierten Stählen ist, desto höher liegt die Anfangsschmiedetemperatur und desto größer ist der Temperaturbereich, in dem geschmiedet werden kann.

Unterhalb der Endschmiedetemperatur darf nicht mehr geschmiedet werden, weil hier die Formbarkeit des Werkstoffes so stark nachlässt, dass sich bei weiterem Schmieden Risse am Werkstück bilden.

Vorteile des Gesenksformens im Vergleich zu spanenden Verfahren:

• Geringer Werkstoffverlust
• Kurze Fertigungszeiten
• Erhöhung der Belastungbarkeit der Werkstücke
• Herstellung schwieriger Formen möglich
• Wenig Zerspanung notwendig

Eine fast unbegrenzte Werkstoffauswahl und verschiedenartige Wärmebehandlungsverfahren erlauben eine gezielte Anpassung der Schmiedestücke an den Verwendungszweck. Durch Gesenkschmieden lassen sich einerseits Bauteile herstellen, die höchsten Beanspruchungen gewachsen sind, andererseits auch weniger hoch belastbare Werkstücke, bei denen es vorrangig auf eine rationelle Fertigung ankommt.

Eindrücken

Eindrücken ist ein Verfahren des Druckumformens, wobei das Werkzeug nur an einzelnen Stellen in die Oberfläche des Werkstückes eindringt. Beim Eindrücken unterscheidet man Verfahren mit drehender Bewegung, zum Beispiel Gewindefurchen oder Rändeln und Verfahren mit geradliniger Bewegung, zum Beispiel Können oder Anreißen.

Durchdrücken

Durchdrücken ist das Druckumformen eines Werkstückes durch teilweises oder vollständiges Hindurchdrücken durch eine formgebende Werkzeugöffnung ( Matrize ) unter Verminderung des Querschnittes oder des Durchmessers. Zu den Verfahren zählen : das Strangpressen und das Fließpressen.

Strangpressen

Beim Strangpressen von Metallen wird das Ausgangsmaterial in Form von Rund- bzw. Hohlbarren in den Blockaufnehmer, den Rezipienten, gebracht. Ein Stempel staucht den Werkstoff an und drückt ihn sodann durch den in die Matrize eingearbeiteten Profildurchbruch.

Die Matrize ist das formgebende Werkzeug beim Strangpressen. Von ihrer zweckmäßigen Gestaltung hängt im Wesentlichen ihre Lebensdauer ab.

Zur Formgebung dienen die in die Matrize parallel eingearbeiteten Profile, welche zur Erzielung einer hohen Oberflächengüte des Strangprofiles poliert sind. Um dem Werkstoff das Einlaufen in die Matrize zu erleichtern, ist die Einlaufseite mit einem Radius 1mm bis 5mm versehen. Dadurch wird auch dem zur Verringerung der Reibung notwendigen Schmiermittel das Eindringen in den Matrizendurchbruch ermöglicht. Die Auslaufseite der Matrize ist kegelförmig erweitert, damit das zur Kalibrierung der Profilstangen erforderliche zylindrische Profil nicht unnötig lang wird. Dadurch wird die Reibung vermindert. Durch eine gewölbte Ausführung der dem Pressgut zugewandten Seite der Matrize entsteht ein vergrößerter Raum zur Aufnahme der unreinen Pressrückstände. Zur Herstellung von Hohlprofilen wird in den Matrizendurchbruch ein Dorn eingeführt, der das gewünschte Innenprofil besitzt.

Nach dem Ugine-Sejournet-Verfahren lassen sich auch Werkstoffe mit höheren Festigkeiten verarbeiten. Sie müssen dann auf Knettemperatur erwärmt werden. Um größere Verschleißerscheinungen an Druckstempel und Matrize zu vermeiden, wird Glas als Schmier- und Isoliermittel verwendet.

Rascher Temperaturwechsel, hohe Druckkräfte und große Reibungskräfte stellen hohe Anforderungen an den Werkstoff, aus dem Matrizen hergestellt werden. Man verwendet deshalb Warmarbeitsstähle, die mit Wolfram, Kobalt, Chrom, Nickel, Vanadium und Molydän legiert sein können. Seit der Entwicklung des Erodierverfahrens sind auch immer mehr Hartmetalle im Gebrauch.

Fließpressen

Beim Fließpressen werden aus dicken Platinen, das sind Blechausschnitte oder Stangenabschnitte, Werkstücke mit verschiedenen Querschnitten ( rund, quadratisch, rechteckig u. a.) geformt. Die für diese Kaltumformung notwendigen Werkzeuge sind Pressstempel und Pressbuchse.

Da der Werkstoff dem Stempeldruck nach keiner Seite ausweichen kann, wird er gezwungen in den Spalt zwischen Stempel und Pressbuchse zu fließen. Dieses Fließen geschieht im kalten Zustand.

Während beim Tiefziehen, besonders bei der Herstellung langer Hülsen, mehrere Arbeitsgänge erforderlich sind, erfolgt die Fertigung beim Fließpressen meist im einen Arbeitsgang. Vollkörper werden durch das Vorwärts- oder Rückwärts-Vollfließpressen, Hohlkörper durch das Vorwärts- oder Rückwärts-Hohlfließpressen hergestellt, Kombinationen sind möglich. Beim Vorwärts-Hohlfließpressen fließt der Werkstoff in Richtung der Stempelbewegung. Der Fließspalt wird entweder von einem Ansatz am Pressstempel und der Pressbuchse oder vom Gegenstempel und der Pressbuchse gebildet. Beim Fließpressen ohne Gegenstempel besitzen die Rohlinge ein Grundloch oder eine durchgehende Bohrung. Dieses Verfahren eignet sich nicht für die Herstellung dünnwandiger Hohlteile, weil diese beim Ausstoßen deformiert würden.

Beim Fließpressen mit Gegenstempel können die Zuschnitte voll oder gelocht sein. Ihre Form entspricht der Außenform des fertigen Werkstückes. Da der Gegenstempel gleichzeitig als Ausstoßer dient, der die Werkstücke mit dem Boden voraus aus der Pressbuchse schiebt, können auch dünnwandige Hohlteile gefertigt werden.

Beim Rückwärts-Hohlfließpressen fließt der Werkstoff gegen die Richtung der Stempelbewegung. Der Fließspalt wird vom Pressstempel und der Pressbuchse gebildet. Die vollen oder gelochten Zuschnitte besitzen die Außenform der fertigen Werkstücke.

Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung langer, dünner Hülsen und Tuben. Die Werkstücke werden mit einem Abstreifer vom Stempel geschoben oder am unteren Ende festgehalten und der Stempel herausgezogen. Die Länge, der mit dem Fließpressverfahren in einem Arbeitsgang hergestellten Hohlteile, kann bei zylindrischen Werkstücken und bei Werkstoffen mit großer Dehnung bis zum 6fachen Werkstückdurchmesser betragen.

Als Maß für die erzielte Formänderung wird das Verhältnis des geänderten Querschnitts A zum Ausgangsquerschnitt A0 sowie das Verhältnis der geänderten Wanddicke s zur Ausgangswanddicke s0 angegeben. Es lassen sich Querschnittsänderungen bei Reinaluminium bis zu 99% erreichen.

Geeignete Werkstoffe für das Fließpressen sind: Blei, Zinn, Kupfer, Reinaluminium, Aluminiumknetlegierungen und weiche CuZn-Legierungen. Stahl sollte einen geringen Kohlenstoffgehalt und große Dehnung besitzen. Beim Verarbeiten von Nichteisenmetallen ist im Allgemeinen kein zusätzlicher Schmierstoff nötig, da diese Stoffe selbstschmierend wirken. Bei der Verarbeitung von Stahl ist eine Schmier- und Trennschicht erforderlich, welche durch Phosphatieren des Rohlings erzeugt wird.

Ein Sonderfall ist das Querfließpressen, wobei der Werkstoff quer oder schräg zur Bewegungsrichtung des Druckstempels oder der Maschine fließt.