* Sonstige Industriebereiche -> Badewannen, Kapseln für Gasflaschen
=== Verfahren der Blechumformung ===
== 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
=== Umformvorgang und Spannungsverteilung ===
=== Die einzelnen [[Phase]]n beim Ziehvorgang ===
[[Bild:Umformen_2.jpg]]''Abbildung 2''
* 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.
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 σt σ<sub>t</sub> Entsteht durch das wandern des Werkstoffes zu immer kleineren Durchmessern. Radiale [[Zugspannung]] σr σ<sub>r</sub> entsteht durch die [[Zugkraft]] beim Einziehen der Ronde in den Ziehspalt. Die [[Druck]]spannung ''' σd σ<sub>d</sub> '''Entsteht durch die Niederhalterkraft, hier wird der Werkstoff auf Druck beansprucht. Die Biegespannung ''' σb σ<sub>b</sub> ''' entsteht durch
das Biegen über die Ziehkante.
{{Sprungmarke Umformen}}
=== Grundlagen der Blechumformung ===
[[Mechanisch]]e Werkstoffeigenschaften zur [[Auslegung]] von Blechumformprozessen werden meistens im Zugversuch ermittelt
(''Abbildung 7''). Zu diesen Werkstoffeigenschaften gehören u.a. die [[Zugfestigkeit]] ''' Rm R<sub>m</sub> ''', die [[Streckgrenze]] ''' Rp0R<sub>p0,2</sub>''' (bzw. '''ReHR<sub>e</sub>H''' und '''ReLR<sub>e</sub>L'''), die [[Bruchdehnung]] ''' A ''', der [[Verfestigung]]sexponent n, der aus der Gleichmaßdehnung Agt A<sub>g</sub>t ermittelt wird, sowie die [[Anisotrop]]iekennwerte senkrechte [[Anisotropie]] ''' r ''' und ebene Anisotropie ''' Δr Δ<sub>r</sub> '''.
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. h. nach Entlastung nimmt der Stab seine Ausgangslänge ''' L0 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. 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
[[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
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
unterschiedlichesenkrechte 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.
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
erzeugtwird, liegt kaltgewalztes Band (Kaltband) fast ausschließlich als Feinblech vor. Bei Dicken unter 0,5 mm wird Kaltband als Feinstblech bezeichnet. Kaltband entsteht durch Kaltwalzenvon Warmband und wird meistens nach dem Walzprozess einer [[Oberfläche]]nveredelung in Form von Verzinken, Veraluminieren, Verzinnen oder [[Kunststoff]]beschichten unterzogen.
Eine besonders günstige Eigenschaftskombination zum Kaltumformen ergibt sich aus einem großen Unterschied zwischen
[[Streckgrenze ]] und [[Zugfestigkeit ]] (= geringes Streckgrenzenverhältnis ''' Rp0R<sub>p0,2</Rm sub>/R<sub>m</sub> '''), einer hohen Gleichmaßdehnung ''' Ag ''',
einem hohen Anisotropiewert ''' r ''', und einem hohen Verfestigungskoeffizienten ''' n '''.
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 Streckgrenzen [[Streckgrenze]]n (< 250 N/mm2mm<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,
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 ]] '''-[[AtomeAtom]]n 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]] '''.
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/mm2mm<sup>2</sup>, die [[Zugfestigkeit ]] liegt zwischen 350 und 620 N/mm2 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
Der im Ferrit interstitiell gelöste [[Phosphor]] bewirkt eine [[Mischkristall]]verfestigung, die je 0,01 % Phosphorgehalt eine Erhöhung
der [[Streckgrenze ]] um ca. 8 N/mm2 mm<sup>2</sup> bewirkt. Die Mindeststreckgrenzen liegen im Bereich von 220 bis 300 N/mm2mm<sup>2</sup>. Typische phosphorlegierteStähle 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/mm2 mm<sup>2</sup> durch eine [[Wärme]]behandlung Wärmebehandlung nach der [[Umformung]], die gleichzeitig mit dem [[Einbrenn]]lackieren vonstatten geht. Bei den Bedingungen desEinbrennlackierens, 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 [[Motor]]haube 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.
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.
Durch einen geeigneten speziellen Walzprozess wird erreicht, dass diese Stähle ''' r '''-Werte um 1 aufweisen. Dies ist besonders
{{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 Legierungen [[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 AlMg[[Al]][[Mg]]-Legierungen bzw. 5000erLegierungen, die AlCuMg[[Al]][[Cu]][[Mg]]-Legierungen bzw. 2000er Legierungen und AlMgSi[[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 (AlMg[[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 (AlMgSi[[Al]][[Mg]][[Si]]) treten diese Fließfiguren nicht auf. Daher sind Bleche aus dieser Legierungsgruppe für
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]]
<gallery>
[[Bild:Umformen_18.JPG]]
</gallery>
{{Sprungmarke Umformen}}
=== Gesamtziehkraft ===
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>B</sub> = π * d<sub>1</sub> * s * R<sub>m</sub>R [[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
{{Sprungmarke Umformen}}
--[[Benutzer:D.Vagt|D.VagtDaniel]] 20:59, 27. Jan 2007 (CET)