(FT0-06) Zugumformen – Verfahren

++ Videoclip ++

Der Inhalt des Videos ist  nachfolgend nochmals zum Nachlesen aufgeführt:

Zugumformen – Grundlagen

“Beim Zugumformen wird die geometrische Form eines Stoffes geändert ohne, dass es zu einer Reduzierung des Stoffzusammenhaltes kommt.” 

Die Organisation der Verfahren des Zugumformens erfolgt in der DIN 8585. Hier findest du über diesen Text hinausgehende Informationen. 

Beim Zugumformen kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. So werden Werkstücke

• durch Strecken gerichtet oder gelängt,
• durch Gummi oder Druckflüssigkeiten geweitet,
• durch Strecken oder Sicken getieft. 

Bei diesen Verfahren wird die Oberflächenvergrößerung der Werkstücke möglich, da eine Abnahme der Wanddicken akzeptiert wird. Zudem können aufgrund der hydrostatischen Spannungen nur kleine Ziehtiefen realisiert werden, gleichzeitig fällt die Zugspannungsverteilung in der gesamten Umformzone weitestgehend homogen aus.  

In der nächsten Abbildung findest du eine Übersicht der Unterformen des Zugumformens:

Die Verfahren, die dem Zugumformen zugerechnet werden, sind das 

• Hohlprägen

• Streckziehen

• Hochleistungsumformen

Zugumformverfahren – Überblick

Nachfolgend findest du eine Vorstellung der drei Verfahren nacheinander:

Hohlprägen

Das Hohlprägen ist ein Verfahren aus dem Bereich Tiefziehen, bei welchen ein ebenes Werkstück teilweise (partiell) getieft wird. Der Vorgang der Verformung des Werkstücks erfolgt zwischen einem Stempel (Werkzeug, Prägestempel) und einen Gegenwerkzeug. 

Der Stempel kann starr oder beweglich sein und das Gegenwerkzeug, als Matrize, überführt die Werkstücke in ihre endgültige Form. 

In der nächsten Abbildung siehst du das Prinzip des Verfahrens.

Der Stempel als Werkzeug dringt nicht vollständig in alle Bereiche des Werkstücks ein. Zudem stellt das Gegenwerkzeug (Matrize) die Negativform des Prägestempels dar. 

Merk’s dir!  “Die Vertiefung auf der Vorderseite und die zugehörige Erhebung auf der Rückseite des Werkstücks sind im Vergleich zu den realisierten Verformungen bei anderen Verfahren relativ klein. Aus diesem Grund eignet sich das Hohlprägen nur für weiche und dünne Werkstücke.” 

Anwendungsbereiche für des Hohlprägens:

• Wandverkleidungen (Blech, Leder)
• Nummernschilder (Blech)
• Kassettendecken (Holz, Stuck)
• Rohre (Sicken zur Versteifung des Blechs)
• Geprägtes Papier (Papier)

Merk’s dir! Das Sicken ist das rinnenartige minimale Vertiefen von ebenen oder auch gekrümmten Blechflächen.”

Streckziehen

Das Streckziehen ist ein Verfahren zur Umformung von Blechen. Es stellt eine Alternative zum Tiefziehen dar. 

Hier wird das ebene Werkstück mit Hilfe von Klauen fixiert und anschließend mit Hilfe eines Formklotzes gestreckt. 

Das Material des Formklotzes besteht entweder aus einem Metall (Aluminium, Eisen GG) oder einem nicht metallischen Werkstoff (Holz).

Das Verfahren kann sowohl als Kaltverfahren, als auch Warmverfahren realisiert werden. 

Zudem unterscheiden wir zwei Verfahrensvarianten des Streckziehens:

• Einfaches Streckziehen: Blech wird in axial drehbare Klemmvorrichtung eingespannt und anschließend mit dem Formklotz (Stempel) umgeformt. Dabei stellt dessen Außenform die Innenform des Werkstücks dar. Neben der zweiseitigen Einspannung ist auch eine vierseitige Einspannung des Werkstückes üblich. 
• Tangentialstreckziehen: Blech wird bis zur Fließgrenze gestreckt und anschließend mit einer Kreisbewegung der Einspannung an den Formklotz (Stempel) angelegt. Es treten sowohl Zug- als auch Biegeumformungen auf. 

Merk’s dir! “Da die Ziehtiefe gering ausfällt bei diesem Verfahren, kann es für große Umformungsgrade mit dem Tiefziehen kombiniert werden.” 

Anwendungsbereiche für des Streckziehen:

• Kotflügel (Blech) – Auto
• ABC-Säulen (Blech) – Auto
• Motorhauben (Blech) – Auto
• Tragflächenteile (Blech) – Flugzeug
• Rumpfteile (Blech) – Flugzeug
• Schutzabdeckungen (Blech) – Motorrad

Merk’s dir! “Aufgrund der guten Automatisierbarkeit und Integration in Fertigungsstraßen wird das Streckziehen, als geeignetes Verfahren für die Großserienfertigung mit hoher Stückzahl, bevorzugt im Autobau und Flugzeugbau eingesetzt.” 

Hochleistungsumformen

Das Hochleistungsumformen ist eine spezielle Form des Zugumformens. Hier wird mit Hilfe einer Explosion eine Umformung realisiert. Dabei nutzt man die entstehende Druckwelle (Schockwelle) um das Blech (Werkstück) in eine vorgegebene Form zu drücken. 

Merk’s dir!  “Anwendung finden die Verfahren des Hochleistungsumformen bei besonders festen und großen Werkstücken.” 

Wir können drei Verfahrensarten unterscheiden:

1. Detonationsumformen: Die Explosion erfolgt durch Sprengstoff. Die Durchführung ist billig und erzeugt hohe Kräfte. Leider gehen mit diesem Verfahren auch lange Rüstzeiten und eine erhöhte Unfallgefahr einher. Die Kraftübertragung erfolgt über Medien wie Luft, Wasser oder Sand. Der Wirkungsgrad ist dabei vergleichsweise gering. 
2. Hydroelektrisches Umformen: Hier wird Wasser mit Hilfe einer Funkenentladung in kürzester Zeit verdampft. Die ruckartige Volumenausdehnung erzeugt dann die geforderte Verformung. Die Durchführung weist kurze Rüstzeiten auf, hat jedoch den Nachteil, dass sich das Verfahren nur für kleine Bauteile und Rohre eignet. 
3. Elektromagnetisches Umformen: Hier kommt es zu einer schlagartigen Entladung eines Kondensators über eine Spüle. Dadurch werden hohe elektrische Ströme in das Werkstück induziert. Dies führt zur Bildung eines entgegengesetzt wirkenden Magnetfeldes. Die Folge ist dann ein Abstoßen und Verformen des Werkstücks. Geeignet ist dieses Hochleistungsformen zum Aufweiten von magnetisierbaren Rohren. 

Relevante Größen

Streckziehwert 

Um Einschätzen zu können wie sich ein Werkstoff in Bezug auf die Tiefungsneigung bei einer Zugumformung verhält, zieht man den Steckziehwert heran. 

Die Grundlage für diesen Wert sind die Kenngrößen aus dem einachsigen Zugversuch. Formal sieht das dann wie folgt aus:

Kennzahlen:

• Streckziehwert
• Zugfestigkeit des Werkstoffes
• Streckgrenze des Werkstoffes
• Minimalwert der senkrechten Anisotropie
• mittlerer Verfestigungsexponent 

Der mittlere Verfestigungsexponent lässt sich mit der nachfolgenden Gleichung ermitteln: