Quelltext der Seite Umformen

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=== Prolog ===


== Einteilung der Umformverfahren nach dem Spannungszustand ==
DIN 8582:

[[Bild:Umformen_1.png]]''Abbildung 1''

''Hauptartikel:'' [[Umformverfahren]]

=== Verfahren der Blechumformung ===
Zu den wichtigsten [[Verfahren]] der [[Blech]]umformung gehören [[Tiefziehen]] und Streckziehen. Mit diesen Verfahren werden 
diverse Produkte für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete hergestellt:

* [[Automobil]]industrie            –> Türen, Hauben, Kotflügel
* Hausgeräteindustrie           –> Spühlbecken, Abzugshauben, Gefriergeräte
* Nahrungsmittelindustrie     -> Kochtöpfe, Joghurtbecher, Konserven
* Sonstige Industriebereiche  -> Badewannen, Kapseln für Gasflaschen 


== Anwendung des Verfahrens Tiefziehen ==

Tiefziehen ist laut Definition nach [[DIN 8584]] das Zugdruckumformen eines ebenen Blechzuschnittes in einen einseitig offenen 
Hohlkörper aller [[Formen]] ohne gewollte Änderung der Blechdicke, die Wanddicke entspricht der Bodendicke.
Beim Tiefziehen im Erstzug entsteht aus dem zugeschnittenen ebenen Blech (ugs. [[Ronde]]) das Ziehteil in einem einzigen 
[[Prozess]]schritt. Bei größeren Formänderungen erfolgt der Umformprozess im Weiterzug des im Erstzug Hergestellten Bauteils.


== Umformvorgang und Spannungsverteilung ==

=== Die einzelnen [[Phase]]n beim Ziehvorgang ===

[[Bild:Umformen_2.jpg]]''Abbildung 2''



* die Ronde wird auf der Ziehmatrize zentrisch aufgelegt
* der Niederhalter drückt die Ronde fest auf die Ziehmatrize 
* der Niederhalter drückt die Ronde fest auf die Ziehmatrize
* der Ziehstempel zieht die Ronde durch die Öffnung der Ziehmatrize, dadurch wird der äußere Durchmesser der Ronde immer mehr verkleinert. Bis die Ronde vollständig zum Hohlkörper umgeformt ist
* Soll am Hohlkörper ein Kragen verbleiben, so müsste der Tiefzug begrenzt werden.





=== Entstehung der charakteristischen Dreiecke ===


[[Bild:Umformen_3.jpg]]''Abbildung 3''


Formt man einen Hohlkörper in eine Ronde zurück, dann ergibt sich das der Boden des Napfes mit seinem [[Radius]] '''r<sub>n</sub>''' unverändert erhalten bleibt. Sich der Mantel (auch Zarge) des Hohlteils aus einer Vielzahl von Rechtecken der Breite '''b'''  
und der Länge '''(r<sub>a</sub> – r<sub>n</sub>)''' gebildet werden und zwischen den Rechtecken Dreiecksflächen, den sog. 
''„charaktarischen Dreiecksflächen“'' entstehen.

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==== Folge der charakteristischen Dreiecke ====

Überschüssiger [[Werkstoff]] geht nicht verloren, würde aber ohne einen Niederhalter zur Faltenbildung führen. Da ein 
ausweichen des Werkstoffes nicht möglich ist, wird das Blech zwischen Niederhalter und Ziehring gestaucht, zwischen Ziehring und Stempel 
wieder gestreckt. Zu beachten ist das die Niederhalterkraft außer der eigentlichen Ziehkraft zusätzlich aufgebracht werden muss. 
Dies führt zur Erhöhung der gesamt Ziehkraft.


Die Ziehkraft wird vom [[Material]]querschnitt des [[Werkstück]] übertragen und zwar zunächst in Boden nähe. Im fortlaufenden 
Ziehvorgang erfolgt diese [[Kraft]] auch auf den zylindrischen Teil in Bodennähe. Dadurch erfolgt eine Schwächung, kein Verlust, 
des Materialquerschnittes in Bodennähe.

[[Bild:Umformen_4.jpg]]''Abbildung 4''

=== Spannungsverteilung ===

[[Tangential]]e Stauchung σ<sub>t</sub> Entsteht durch das wandern des Werkstoffes zu immer kleineren Durchmessern. Radiale 
[[Zugspannung]] σ<sub>r</sub> entsteht durch die [[Zugkraft]] beim Einziehen der Ronde in den Ziehspalt. Die [[Druck]]spannung ''' σ<sub>d</sub> '''
Entsteht durch die Niederhalterkraft, hier wird der Werkstoff auf Druck beansprucht. Die Biegespannung ''' σ<sub>b</sub> ''' entsteht durch 
das Biegen über die Ziehkante.

[[Bild:Umformen_5.jpg]]''Abbildung 5''


Wirkende Kräfte am Napf mit Flansch:

[[Bild:Umformen_6.jpg]]''Abbildung 6''

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=== Grundlagen der Blechumformung ===

=== [[Zugversuch]], Fließkurve ===


[[Mechanisch]]e Werkstoffeigenschaften zur [[Auslegung]] von Blechumformprozessen werden meistens im Zugversuch ermittelt 
(''Abbildung 7'' ). Zu diesen Werkstoffeigenschaften gehören u.a. die [[Zugfestigkeit]] ''' R<sub>m</sub> ''', die [[Streckgrenze]] ''' R<sub>p0,2</sub>''' (bzw. 
'''R<sub>e</sub>H''' und '''R<sub>e</sub>L'''), die [[Bruchdehnung]] ''' A ''', der [[Verfestigung]]sexponent n, der aus der Gleichmaßdehnung A<sub>g</sub>t ermittelt wird, 
sowie die [[Anisotrop]]iekennwerte senkrechte [[Anisotropie]] ''' r ''' und ebene Anisotropie ''' Δ<sub>r</sub> '''.



[[Bild:Spannungsdehnungsdiagramm.gif]]''Abbildung 7''



Das [[Spannungs-Dehnungs-Diagramm]] dient zur Bestimmung der [[Festigkeit]]s- und Verformungskenngrößen der Werkstoffe. 
Es kann in verschiedene Bereiche eingeteilt werden. Zu Beginn der Lastaufbringung erfolgt die [[Dehnung]] der Probe elastisch, d.&nbsp;h. 
nach Entlastung nimmt der Stab seine Ausgangslänge ''' L<sub>0</sub> ''' wieder ein. Im Diagramm stellt sich dieser Bereich als [[Gerade]] dar. 
Spannung und [[Dehnung]] ändern sich verhältnisgleich. Diesen Zusammenhang erkannte erstmals der [[Physik]]er Hooke, nach dem 
dieser Bereich auch [[Hookescher Bereich]] des Werkstoffs genannt wird.

Zur Auslegung von Blechumformprozessen reichen die im [[Zugversuch]] ermittelten Kennwerte nicht mehr aus, weil hier die 
Fließspannung ''' kf ''' des sich verfestigenden Werkstoffs zu jedem Umformgrad ''' ϕ ''' bekannt sein muss. Die Fließkurve ''' kf (ϕ) 
''' stellt den Zusammenhang zwischen Fließspannung und Umformgrad dar. Sie kann z.&nbsp;B. mit Hilfe des Stauchversuchs oder des Zugversuchs ermittelt werden. Die 
Fließspannung ist neben dem Umformgrad auch von dem Werkstoff, der [[Temperatur]] und der Umformgeschwindigkeit 
abhängig.

Die Fließspannung ist ein Maß für die benötigte Kraft pro Flächeneinheit, um einen [[Körper]] plastisch zu verformen.
Sie kann aus dem technischen Spannungsdiagramm
''' σ (ε) ''' unter Anwendung der [[Volumen]]konstanz ermittelt werden. 

Umformgrad  :   ''' ϕ   =  ln(1+ε) '''
Fließspannung:    ''' kf =  σ(1+ε) '''

=== Anisotropie ===
Bleche sind oft anisotrop in ihren mechanischen Eigenschaften, weil sie den richtungsabhängigen Herstellungsprozess des 
[[Walzen]]s durchlaufen. Die Anisotropie von Blechen hat ihre Ursache in der [[Gefüge]]struktur und wird bestimmt durch:
* die Ausprägung der kristallographischen Richtung
* Form, Richtung und Lage von Einschlüssen und Ausscheidungen
* Form, Richtung und Lage der [[Körner]]
Diese Ursachen für die Anisotropie bedingen sich oft untereinander schon während der Herstellung des Bleches. Man 
unterscheidet senkrechte Anisotropie ''' r ''' (bzw. mittlere senkrechte Anisotropie ''' r ''') und die ebene Anisotropie ''' Δr '''.

=== Senkrechte Anisotropie r ===
Die senkrechte Anisotropie '''r''' ist das [[Verhältnis]] der Umformgrade in Breiten- und in Blechdickenrichtung:

[[Bild:Umformen_8.jpg]]''Abbildung 8''

Aus diesem Verhältnis lassen sich je nach Größe von ''' r ''' folgende Schlussfolgerungen ziehen:

* ''' r=1 ''': Es liegt isotropes, plastisches Verhalten vor, weil das   Material  unter Zugbelastung in Längsrichtung gleichmäßig aus 
der Breiten- und Dickenrichtung fließt
* ''' r>1 ''': Es liegt anisotropes, plastisches Verhalten vor, bei dem mehr Material unter Zugbelastung in Längsrichtung aus der 
Breite in die Länge fließt, als aus der Dicke. In diesem Fall weist das Blech einen größeren [[Widerstand]] gegen eine Verringerung 
aus der Blechdicke auf.
* ''' r<1 ''': Es liegt anisotropes, plastisches Verhalten vor, bei dem mehr Material aus der Dicke in die Länge fließt, als aus der 
Breite. Es besteht ein größerer Widerstand des Bleches gegen eine Verminderung aus der Breite




Für Tiefziehbleche, bei denen eine Ausdünnung unerwünscht ist, empfiehlt sich daher eine hohe senkrechte Anisotropie '''(r > 
1,25 ) '''. Die Betrachtung der senkrechten Anisotropie bezieht sich nur auf eine Ebene des Bleches. Bleche weisen jedoch 
unterschiedliche senkrechte Anisotropien in Abhängigkeit von der Walzrichtung auf. Um einen repräsentativen Wert für einen Blechwerkstoff zu 
erhalten, ist die mittlere senkrechte Anisotropie entscheidend. Diese ergibt sich aus der Aufteilung eines Bleches in zweimal 450  
zur Walzrichtung.

=== Ebene Anisotropie ''' Δr ''' ===
Die walzrichtungsabhängige senkrechte Anisotropie hat einen Einfluss auf das Formänderungsverhalten des Bleches beim 
Tiefziehen. Bei einem rotationssymmetrischen Napf, der aus einem anisotropen Blech tiefgezogen wird, ist die Formänderung
beispielsweise in ''' 0° ''' zur Walzrichtung aufgrund der Anisotropie anders als in ''' 45° ''' zur Walzrichtung. Es entsteht dabei ein 
Napf, der Zipfel aufweist.

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== Werkstoffe der Blechumformung ==

=== Arten von Blechen ===

Aus dem Band geschnittene Tafeln werden als Grobblech bezeichnet, wenn ihre Dicke größer 3,0 mm ist, oder als Feinblech, 
wenn die Dicke unter 0,3 mm liegt. Während warmgewalztes Band (Warmband) im Dickenbereich des Grob- und Feinbleches 
erzeugt wird, liegt kaltgewalztes Band (Kaltband) fast ausschließlich als Feinblech vor. Bei Dicken unter 0,5 mm wird Kaltband als Feinstblech bezeichnet. Kaltband entsteht durch Kaltwalzen von Warmband und wird meistens nach dem Walzprozess einer [[Oberfläche]]nveredelung in Form von Verzinken, Veraluminieren, Verzinnen oder [[Kunststoff]]beschichten unterzogen.


=== [[Stahl]] === 

Anforderungen an [[Stahlwerk]]stoffe in der [[Umformtechnik]]:
* hohe Festigkeit
* hohes Formänderungsvermögen
* geringe Umformkräfte notwendig
* schweißbar
* hohe [[Oberflächen]]güte
* gut lackierbar


Eine besonders günstige Eigenschaftskombination zum Kaltumformen ergibt sich aus einem großen Unterschied zwischen 
[[Streckgrenze]] und [[Zugfestigkeit]] (= geringes Streckgrenzenverhältnis ''' R<sub>p0,2</sub>/R<sub>m</sub> '''), einer hohen Gleichmaßdehnung ''' Ag ''', 
einem hohen Anisotropiewert ''' r ''', und einem hohen Verfestigungskoeffizienten ''' n '''.

[[Bild:Umformen_9.jpg]]''Abbildung 9''

Stähle zum Tief-, Streck- und [[Karosserie]]teilziehen lassen sich je nach Anwendung in folgende Unterteilung gliedern:


<u> ''' Weiche Tiefziehstähle ''' </u>

Typische Stähle zum Tief- und Karosserieteilziehen sind die in der DIN EN 10130 beschriebenen kaltgewalzten Flacherzeugnisse. 
Dabei wird zwischen den fünf Stählen ''' DC 01, DC 03 ''' bis ''' DC 06 ''' unterschieden. Der niedrige Gehalt von ''' [[C]] ''', ''' [[N]] ''' und ''' 
[[Mn]] ''' in diesen Stählen führt zu niedrigen [[Streckgrenze]]n (< 250 N/mm<sup>2</sup>) bei relativ hohen Bruchdehnungen
(> 30 %). Des Weiteren zeichnen sich diese Stähle durch hohe ''' r '''-Werte (ca. 2) aus.


<u> ''' IF-Stähle ''' </u>

IF-Stähle (interstitial free) zeichnen sich durch sehr geringe [[Legierungen]] an[[C]] und [[N]] (0,002 bis 0,004 %) aus. Durch eine 
Zugabe an [[Titan]] und/oder [[Niob]] bilden sich mit diesen [[Legierungselement]]en [[Karbid]]e, [[Nitride]] und [[Karbon]]itride. So entsteht ein 
[[Ferrit]]-Gefüge, welches frei von interstitiell gelösten ''' [[C]] '''- und ''' [[N]] '''-[[Atom]]en ist. Dadurch ist die [[Steckgrenze]] sehr niedrig bei gleichzeitig 
hohen ''' r '''- und ''' n '''-Werten. ''' IF-Stähle ''' sind daher auch alterungsbeständig.
Der oben genannte ''' DC 06 ''' (früher ''' IF 18 ''') ist ein so genannter ''' [[IF-Stahl]] '''.


<u> ''' Höherfeste mikrolegierte Stähle (MHZ) ''' </u>

Die höherfesten mikrolegierten Stähle zeichnen sich durch eine Ausscheidungshärtung durch feinst verteilte Karbonitride der 
Legierungselemente ''' Ti ''' und ''' Nb ''' aus, die in Bereichen von einigen Hundertstel [[Prozent]] Legierungsgehalt im Stahl 
vorliegen. 

Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der [[Streckgrenze]] und der [[Zugfestigkeit]]. Die Mindeststreckgrenze dieser Stähle liegt 
zwischen 260 und 420 N/mm<sup>2</sup>, die [[Zugfestigkeit]] liegt zwischen 350 und 620 N/mm<sup>2</sup> und die Mindestbruchdehnung zwischen 
16 und 24 %. Im [[Stahl]]-[[Eisen]]-Werkstoffblatt SEW 093 sind die folgenden Sorten der höherfesten mikrolegierten Stähle 
aufgeführt: 

ZStE 230, ZSt[[E 260]], ZSt[[E 340]], ZStE 380 und ZSt[[E 420]].


<u> ''' Höherfeste phosphorlegierte Stähle (PHZ) ''' </u>

Der im Ferrit interstitiell gelöste [[Phosphor]] bewirkt eine [[Mischkristall]]verfestigung, die je 0,01 % Phosphorgehalt eine Erhöhung 
der [[Streckgrenze]] um ca. 8 N/mm<sup>2</sup> bewirkt. Die Mindeststreckgrenzen liegen im Bereich von 220 bis 300 N/mm<sup>2</sup>. Typische 
phosphorlegierte Stähle sind nach Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW 094: ZSt[[E 220]] P,
ZStE 260 P und ZSt[[E 300]] P.


<u> ''' Bake-hardening-Stähle (BHZ) ''' </u>

Die Besonderheit bei Bake-Hardening-Stählen ist die Erhöhung der [[Streckgrenze]] dieser höherfesten Stähle um ca. 40 N/mm<sup>2</sup> 
durch eine Wärmebehandlung nach der [[Umformung]], die gleichzeitig mit dem [[Einbrenn]]lackieren vonstatten geht. Bei den 
Bedingungen des Einbrennlackierens, einer Temperatur von 170° bei etwa 20 min Dauer, diffundiert der interstitiell gelöste [[Kohlenstoff]] an die 
Versetzungen und blockiert sie. Die Folge ist eine erhöhte [[Streckgrenze]], die die Beulsteifigkeit z.B. einer Motorhaube erhöht. 
Die Bake-Hardening-Sorten findet man im Stahl-Eisen-Werkstoffblatt SEW 094 wieder. Beispiele sind ZStE 180 BH, ZStE 220 BH, ZStE 260 
BH und ZStE 300 BH.

Des Weiteren wurden in den letzten Jahren noch andere Stahlsorten für Feinblech entwickelt, die spezielle Eigenschaften 
aufweisen. Hier sind nur einige dieser neueren Entwicklungen in Kurzform dargestellt:


<u> ''' Dualphasen-Stähle (DP) ''' </u>

Dualphasen-Stähle haben ein Gefüge aus Ferrit und einem [[Martensit]]anteil von ca. 20 %. Das Vorhandensein einer weichen Ferrit-
Phase und einer harten [[Martensit]]-Phase erhöht die [[Zugfestigkeit]] erheblich bei einer vergleichsweise niedrigen Streckgrenze. 
Starke Verfestigung schon nach dem ersten Zug. Danach [[Gefahr]] von [[Rissbildung]].


<u> ''' TRIP-Stähle (RA) ''' </u>

TRIP-Stähle ([[Transformation]] Induced Plasticity) weisen in einer ferritisch-bainitischen Grundmatrix als Besonderheit 
Restaustenitbestandteile auf, die bei Umformung in harten Martensit umwandeln. Diese Umwandlung führt zu einer beträchtlichen Verfestigung.

<u> ''' Höherfeste isotrope Streckziehstähle ''' </u>

Durch einen geeigneten speziellen Walzprozess wird erreicht, dass diese Stähle ''' r '''-Werte um 1 aufweisen. Dies ist besonders 
beim Streckziehen von Vorteil.

[[Bild:Umformen_10.jpg]]''Abbildung 10''
'' Eigenschaftsmerkmale von kaltgewalzten Stählen [8]
BHZ: Bake-hardening-Ziehgüte, HX: höherfeste IF-Stähle, HSZ: höherfeste
Streckziehstähle, PHZ: phosphorlegierte höherfeste Ziehgüte, DP: Dualphasenstahl;
RA: Restaustenitstahl, MHZ: mikrolegierte höherfeste Ziehgüte ''


{{Sprungmarke Umformen}}

=== [[Aluminium]] ===

In den letzten Jahren wurden Feinbleche aus [[Aluminiumlegierung]]en für Karosseriebauteile mit spezifischen 
Umformeigenschaften entwickelt. Zum Beispiel ist die [[Umformbarkeit]] von 5000er [[Legierung]]en mit ihren höheren [[Mg]]-Gehalten mit mikrolegierten 
Feinkornstählen vergleichbar. Trotzdem sind einige Umformeigenschaften wie Anisotropie und
Bruchdehnung schlechter als bei konventionellen Tiefziehstählen.

Drei Gruppen von Aluminiumlegierungen werden als Feinblechwerkstoffe erzeugt. Sie sind durch ihre chemische 
Zusammensetzung klassifiziert: die [[Al]][[Mg]]-Legierungen bzw. 5000er Legierungen, die [[Al]][[Cu]][[Mg]]-Legierungen bzw. 2000er Legierungen und [[Al]][[Mg]][[Si]]-Legierungen bzw. 6000er Legierungen.
In den wichtigen Kenngrößen dieser [[Al]]-Legierungen, wie z.B. Umformbarkeit, Festigkeit und [[Korrosion]]seigenschaften, werden 
diese Aluminium-Feinbleche durch die Legierungselemente besser. Trotzdem sind die Umformeigenschaften mit denen von 
Tiefziehstahl nicht vergleichbar. Aber durch die niedrige [[Dichte]] dieser Aluminiumwerkstoffe im Vergleich zu Stahl (ca. 
Halbierung des [[Gewicht]]s) gibt es einen Vorteil für die Anwendung als [[Leichtbau]]teil.
Bleche aus Legierungen der 5000er-Gruppe ([[Al]][[Mg]]) können Fließfiguren auf der Blechoberfläche nach dem Tief- oder 
Karosserieteilziehen aufweisen, die das dekorative Aussehen eines Blechbauteils beeinträchtigen. Ein Grund für diese Fließfiguren 
ist eine Blockierung der Versetzungen durch Fremdatome, die wie bei un- und niedriglegierten Stählen zu einer mehr oder 
weniger ausgeprägten Streckgrenze führt. Charakteristisch für Fließfiguren aufgrund des oben genannten Effektes sind flammenartige Muster. Bei 
Legierungen der 6000er-Gruppe ([[Al]][[Mg]][[Si]]) treten diese Fließfiguren nicht auf. Daher sind Bleche aus dieser Legierungsgruppe für 
Karosserieaußenteile geeignet.

== Wichtige Einflussgrößen ==

=== [[Reibung]] ===

Die Reibung hat in der Umformtechnik eine große Bedeutung, weil sie in den Kontaktflächen zwischen [[Werkzeug]] und 
Werkstück 
[[Verschleiß]] erzeugt. Der Verschleiß kann durch geeignete Wahl der [[Kombination]] aus Werkzeugwerkstoff – [[Schmiermittel]] – 
Werkstückwerkstoff minimiert werden. Die [[Schmierstoffe]] sollen zwischen Werkzeug und
Werkstück eine trennende Gleitschicht bilden, die unmittelbare Berührung zwischen Werkzeug und Werkstück verhindert und so 
den [[Reibungswiderstand]] der aufeinander gleitenden Flächen vermindert.

<u>[[Coulomb]]sches Reibungsgesetz: </u>
 {| {{[[Tabelle]]}}
|-
|   F<sub>R</sub> = Reibkraft || µ = [[Reibzahl]] || F<sub>N</sub> = Normalkraft || ''' F<sub>R</sub> = μ * F<sub>N</sub> '''
|-
|}



Die Reibzahl µ ist beim Umformprozess abhängig von:

* der Werkstoffpaarung der miteinander in Kontakt tretenden metallischen Oberflächen
* der Werkzeuggeometrie
* den temperaturabhängigen Eigenschaften des Schmierstoffs sowie dessen Volumen und des Schmierortes
* der realen Kontaktnormalspannung, die eine [[Funktion]] des Flächentraganteils beider Oberflächen ist
* der Gleitgeschwindigkeit und der Reibweg der aufeinander abgleitenden Oberflächen
* der Oberflächeneigenschaften der Werkstückwerkstoffe sowie deren Änderung im Prozess.

Beim Tief-, Streck- und Karosserieteilziehen liegt meistens [[Mischreibung]] vor mit Reibzahlen von µ = 0,05 bis 0,10. Bei der 
Mischreibung unterscheidet man innerhalb der Makrokontaktfläche A1 eine Mikrokontaktfläche A2 mit:

1. Flächenanteilen A3, in denen die Reibpartner in direktem metallischem Kontakt miteinander stehen (Festkörperreibung),

2. Flächenanteilen, in denen die Reibpartner durch einen dünnen Schmierfilm voneinander getrennt sind (Grenzschmierung),

3. Flächen, in denen hydrostatische Schmierbedingungen vorliegen.

[[Bild:Umformen_11.jpg]]''Abbildung 11''


=== Gebräuchliche Schmierstoffe der Umformtechnik ===


Schmierstoffe müssen selbst bei hohen Niederhaltedrücken eine gute Filmfestigkeit und beständige [[Viskosität]] besitzen.
Für die [[Kaltumformung]]: [[Chlor]]paraffin; [[Fette]], Fettöle, [[Mineralöl]]e; [[Fettsäure]]n, [[Alkohol]]e, [[Amine]]; [[Seife]]n.
Für die Warm- und Kaltumformung: wässrige [[Emulsion]]en, hochdruckbeständige [[Additive]] (bis 200 °C), Molykote (bis 400 °C), 
[[Polymer]]- und Kunststoffbeschichtung (bis 400 °C),
[[Graph]]it (bis 800 °C), [[Glas]] (700 bis 1300 °C).
Dem Schmierstoff kommt bei den herkömmlichen Blechumformverfahren besondere Bedeutung zu. Ein guter Schmierstoff sollte 
folgende [[Kriterien]] erfüllen:
* Schutz der Werkzeuge und des Umformgutes vor Verschleiß und [[Abrieb]]
* Bestmögliche Ausnutzung der Umformbarkeit des Umformteils
* Aufrechterhaltung des Temperaturgleichgewichtes während des Umformens
* Sicherung hoher Oberflächenqualität
* Vermeidung von Korrosion, auch bei Teilen die nach dem Umformen nicht gleich gereinigt werden
* Gute und einfache Entfernung des Schmiermittels, der [[Beschichtung]]
* Verträglichkeit mit nachfolgenden [[Fertigungsverfahren]] 
* Haftfestigkeit bei hoher Flächenpressung




=== [[Organisch]]e Beschichtungen ===

<u>Trägerwerkstoff</u>
* kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus Stahl
* elektrolytisch verzinkte Flacherzeugnisse aus Stahl
* feuerverzinkte Bänder und Bleche aus Stahl


<u>Beschichtungsstoff</u>
* Flüssigbeschichtung: [[Polyester]], [[Epoxid]], [[Polyurethan]] ([[PU]] nach [[DIN]] [[PUR]] – Kunststoff), [[Zink]]staubgrundierung
* Folienbeschichtung: [[Polyvinyl]], [[Polyolefin]] (eine Art [[Thermoplast]]), Faservlies


<u>Einsatzbereich organisch beschichteter Bleche</u>
* [[Automobilbau]] – Dach Sitzrahmen, Motorhaube, Türen Kofferraum etc.
* Fassadenelemente
* [[Computer]]gehäuse
* Gehäuse aus der Unterhaltungselektronik





{{Sprungmarke Umformen}}

== Berechnungsgrundlagen ==

=== Rondendurchmesser, Platinenermittlung ===


Napf ohne Flansch

Vom Napf zum Rondendurchmesser D

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Bild:Umformen_12.JPG|''Abbildung 12''
</gallery>
[[Bild:NapfFormel1.jpg]]


=== Rondenermittlung ===

Kleine Berechnungsvorlage:

''Verkleinerte Darstellung, zur besseren Ansicht auf das Bild klicken.''

<gallery>
Bild:Umformen_13.JPG|''Abbildung 13''
Bild:Umformen_14.JPG|''Abbildung 14''
</gallery>

=== Zugabstufungen ===

Die Anzahl der Züge wird über das Ziehverhältnis ermittelt:

[[Bild:FormelUmformen2.JPG]]

Es gibt Auskunft über die Ziehfähigkeit (Umformgrad) eines Bleches. Es ist das Verhältnis vom Rondendurchmesser zum Durchmesser des Erstzuges bzw. des vom Durchmesser des Erstzuges zu dem des Zweitzuges usw. 
In der [[DIN]] 9870 wird das Verhältnis wie folgt dargestellt:

[[Bild:FormelUmformen3.JPG]]

Ziehverhältnisse kann man unterschiedlichen Tabellen entnehmen Bsp. im Dubbel, die sich wie folgt dargestellt:
 <gallery>
Bild:Umformen_16.JPG|''Abbildung 15''
</gallery>

<u>Das Ziehverhältnis hängt von folgenden Faktoren ab:</u>

1. Werkstofffestigkeit

2. Blechdicke

3. Werkzeugabmessungen (Radien)

4. Niederhalterdruck

5. Schmiermittel

6. Oberflächengüte des Werkzeuges

7. Oberflächengüte des Bleches

8. Umformtemperatur


<u>Das Gesamtziehverhältnis ergibt sich wie folgt:</u>

Das Diagramm bezieht sich auf den Werkstoff RRSt 14 und zeigt die Abhängigkeit des größten Ziehverhältnisses vom bezogenen Stempeldurchmesser Ø d/s

[[Bild:FormelUmformen4.jpg]]<gallery>
Bild:Umformen_17.JPG
</gallery>
Außerdem ist die Bedeutung des Schmiermittels für die Umformbarkeit des Werkstoffes zu erkennen.

=== Tiefziehkraft ===
Aus einer Reihe von Formeln für die Ermittlung der Tiefziehkraft ist hier die vereinfachte Darstellung nach Romanowski:

Fz = K * π * d<sub>1</sub> * s * R<sub>m</sub>

Der Korrekturwert K ist das Verhältnis von Ziehspannung und Zugfestigkeit; der Wert soll die Größe 1 nicht überschreiten, da sonst der Ziehteilwerkstoff reißt.
Bei mehreren Ziehoperationen genügt die Ermittlung der Ziehkraft beim Erstzug, da die Ziehkräfte der Folgezüge geringer sind.
Tiefziehkraft des Erstzuges

Fz<sub>1</sub> = K * π * d<sub>1</sub> * s * R<sub>m</sub>

Der Faktor K wird über Tabellen der relativen Werkstoffdicke  s/d<sub>1</sub> bestimmt.

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Bild:Umformen_18.JPG
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{{Sprungmarke Umformen}}

=== Gesamtziehkraft ===

Ergibt sich wie folgt über die Ermittlung des Erstzuges.

Fz<sub>ges</sub> = n * Fz<sub>1</sub>


=== Niederhalterkraft ===

Zur Vermeidung von Faltenbildung wird ein Niederhalter (Blechhalter) mit einer bestimmten Kraft auf einen Flansch gedrückt. Die Neigung zur Faltenbildung ist bei dünnen Blechen stärker als bei dicken.
In der Praxis wird die Niederhalterkraft meist empirisch (im Versuch) ermittelt, indem die Kraft am Ziehteil, das oft modellmäßig verkleinert wird, bis das Ergebnis für den Tiefziehvorgang optimal ist.

Die Niederhalterkraft FN ist das Produkt aus Niederhalterdruckfläche AN und dem Niederhalterdruck  p<sub>N</sub>:

F<sub>N</sub> = A<sub>N</sub> * p<sub>N</sub>

Nach Siebel wird der Niederhalterdruck über folgende Formel berechnet:


[[Bild:FormelUmformen6.jpg]]

Niederhalterdruck p<sub>N</sub>in N/mm<sup>2</sup>

[[Bild:FormelUmformen7.jpg]]

=== Bodenreißkraft ===

Die Bodenreißkraft ist größer als die Tiefziehkraft, daher besteht bei fehlerfreiem Werkstoff keine Gefahr von Bodenreißern.


F<sub>B</sub> = π * d<sub>1</sub> * s * R<sub>m</sub>

[[Bild:Umformen_19.jpg]]

{{Sprungmarke Umformen}}


=== Kraftaufwand der Presse ===


Berechnet sich wie folgt:

F = Fz<sub>ges</sub> + F<sub>N</sub>


=== Tiefzieharbeit ===

Die Tiefzieharbeit kann in Hinblick auf das Arbeitsvermögen einer Presse von Bedeutung sein und ergeben sich wie folgt:


 {| {{Tabelle}}
 |-
 | Doppelwirkende Presse||W = x * F<sub>Z</sub> * h               (in Nm)
 |-
 | Einfachwirkende ||W = (x * F<sub>Z</sub> + F<sub>N</sub>) * h    (in Nm) 
 |}

Der Korrekturfaktor ist in folgender Tabelle zu finden:

 {| {{Tabelle}}
 |-
 | Harte Werkstoffe Geringe Ziehtiefe||0,5
 |-
 | Übliche Werkstoffe||0,6 - 0,7 
 |-
 | Weiche Werkstoffe, Werkstücke mit bleibendem Flansch|| 0,8
 |}



== Fehler an Ziehteilen==

[[Bild:Umformen_20.jpg]]
[[Bild:Umformen_21.jpg]]
[[Bild:Umformen_21.1.jpg]]
[[Bild:Umformen_22.jpg]]
[[Bild:Umformen_22.1.jpg]]



== Epilog ==

Der Aufmerksame und versierte Leser stellt an Hand des Skriptes fest, dass viele Entscheidungen vor dem reinen Tiefziehprozess zu fällen sind. 
Die Entscheidungen müssen über den Prozess des Verfahrens,  Auswahl der Blechsorte, deren Beschichtung, die wirkende Kräfte und ggf. empirischen Abläufen einhergehen.

== Quellen ==


1. Dubbel Taschenbuch für den Maschinenbau, 19. Auflage im Springer Verlag

2. Praxiswissen Umformtechnik, Vieweg Verlag 4. Auflage

3. Lange Kurt; Umformtechnik, Band 3 im Springer Verlag

4. Fertigungstechnik, Handwerk und Technik Verlag Hamburg, 6. Auflage

5. Das Bearbeiten der Metalle, Teubners Verlag Technische Leitfäden Reihe 1, Band 6

6. Tabellenbuch Metall, Europa Lehrmittel Verlag, 43. Auflage

7. Der Werkzeugbau, Europa Lehrmittel Verlag, 13. Auflage



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--[[Benutzer:D.Vagt|Daniel]] 20:59, 27. Jan 2007 (CET)


[[Kategorie:Fertigungstechnik]]