(FT0-07) Zugdruckumformen – Verfahren

Inhaltsverzeichnis

“In diesem Kursabschnitt stellen verschaffen wir dir einen ersten Überblick zu den Verfahren des Zugdruckumformens, damit du dir hierzu ein genaues Bild machen kannst.” 

 

Im zugehörigen Kurs Umformtechnik findest du dann eine sehr ausführliche Betrachtung der einzelnen Verfahren aus diesem Teil der Fertigungstechnik

<em>Darum geht es</em>

Zugdruckumformen – Grundlagen

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

Anders als bei den beiden vorherigen Verfahrensarten nutz man hier eine Kombination aus Druck- und Zugkräften für den Umformungsprozess. Genauer gesagt wird eine gleichzeitig Druck und Zug auf das Material ausgeübt.  

Die Organisation der Verfahren des Zugdruckumformens erfolgt in der DIN 8584. Hier findest du über diesen Text hinausgehende Informationen. 

 

In der nächsten Abbildung findest du eine Übersicht aller Verfahren, die dieser Gruppe zugerechnet werden:

Zugdruckumformen - Verfahren nach DIN 8584
Zugdruckumformen – Verfahren nach DIN 8584

 

Die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt als Kaltumformung. Die verschiedenen Kräfte bewirken, dass das Werkstück in die vorgegebenen Proportionen überführt wird. Es handelt sich um eine gezielte irreversible (plastische) Verformung des Werkstücks. 

 

Beim Zugdruckumformen kommen unterschiedliche Methoden zum Einsatz. So werden Werkstücke mit nachfolgenden Verfahren umgeformt:

  • Durchziehen
  • Tiefziehen
  • Kragenziehen
  • Drücken
  • Innenhoch-Weitstauchen
  • Knickbauen

 


Merk’s dir!  “Die wichtigste Zugdruckumformtechnik stellt hierbei das Durchziehen dar.”


<em>Darum geht es</em>

Zugdruckumformverfahren – Überblick

Nachfolgend findest du eine Vorstellung der sechs Verfahren nacheinander:

<em>Darum geht es</em>

Durchziehen

Das Durchziehen wird als Verfahren zur Herstellung verschiedenster Profile genutzt. Vorrangig werden mit dieser Verfahrensart Drähte und Metallbänder erzeugt. Dabei übernimmt eine besondere Zugeinrichtung, welche man als Ziehhold bezeichnet, den Vorgang des Durchziehens. 

Mit Hilfe von Differentialfingern werden stufenweise unterschiedliche Drahtgeschwindigkeiten eingestellt. Das hat den Vorteil, dass das Durchziehen gleichmäßig erfolgt und dabei die Reibungsverluste minimiert werden. 

 


Auf den Punkt gebracht! “Das Durchziehen ist das Erzeugen von Drähten oder Rohren durch Ziehen von Rohteilen durch hohle Werkzeuge”


Durchziehen von Stangen nach DIN 8584
Durchziehen von Stangen nach DIN 8584

 

Zwei Bauformen von Durchziehmaschinen können zudem unterschieden werden

  • Trockendurchziehmaschinen
  • Nassdurchziehmaschinen

Alternativ nimmt man eine Unterscheidung wie folgt vor

  • Trommelziehmaschinen
  • Geradeaus-Ziehbänke
  • Kontinuierliche Ziehmaschinen

 

Das Verfahren selber wird unterschieden in

  • Gleitziehen
  • Walzziehen

 

Diese weisen zudem mit dem

  • Vollkörperziehen
  • Hohlkörperziehen

zwei Unterkategorien auf.

 


Merk’s dir! “Neben Drähten werden auch unterschiedliche Formen von Hohlkörpern (Rohre, Profile) auf diese Art mit Hilfe eines Hohlzugs umgeformt. Der Hohlzug erzeugt die Innenweitung, der dafür vorgefertigten stangenförmigen Werkstücke. So lässt sich der entstehende Hohlraum schrittweise bis zur gewünschten Größe ausweiten.” 


Die eingesetzten Werkstoffe dürfen jedoch eine bestimmte Festigkeit nicht übersteigen. So wird in vielen Fällen ein weiches und vorgewalztes Werkstück für dieses Verfahren genutzt. Handelt es sich um einen Stahl, so sollte dessen Zugfestigkeit den Wert von 500 \frac{N}{mm^2} nicht übersteigen. 

Falls du dich jetzt fragst, warum diese Verfahren nicht den Zugverfahren zugerechnet wird, da es offensichtlich nur Zugkräften ausgesetzt wird, dann ist diese Annahme falsch. Denn im Umformbereich innerhalb des Ziehrings wird das Werkstück sowohl auf Zug als auch Druck beansprucht. 

<em>Darum geht es</em>

Tiefziehen

Das Tiefziehen ist eine weitere wichtige Zugdruckumformtechnik. Hiermit werden im kalten Zustand Halbzeug und Werkstücke (Platinen) für eine weitere Bearbeitung geformt. Vorrangig werden hier Bleche von Blechkörpern als flache und platte Werkstücke umgeformt, sowie Hohlkörper mit gleichbleibender Blechdicke. Diese werden anschließend im Karosseriebau und im Sanitärbereich genutzt. 

 


Auf den Punkt gebracht! “Das Tiefziehen ist das wichtigste Verfahren dieser Gruppe und dient dem Ziehen von Hohlformen aus flachen Blechen. 


 

 

Wir unterscheiden vier unterschiedliche Tiefziehverfahren

  • Tiefziehen mit starren Werkzeugen
  • Tiefziehen mit elastischen Werkzeugen
  • Tiefziehen mit Wirkenergie
  • Tiefziehen mit Wirkmedien

 

Bevorzugte Werkstoffe für dieses Verfahren sind

  • Aluminium
  • Stahl

 

In modernen Fertigungsanalagen übernehmen spezielle hydraulisch betriebene Ziehpressen die Umformung.

Darüber hinaus eignet sich dieses Verfahren auch um Plattenausschnitte von

  • Thermoplasten (Kunststoffe)
  • Pappen
  • Papiere

zu Hohlkörpern zu formen. 

Diese Hohlkörper besitzen anschließend runde oder prismatische Wandungen. 

 

Tiefziehen von Platinen nach DIN 8584
Tiefziehen von Platinen nach DIN 8584

 

Der Prozess der Verformung erfolgt über feste sowie starre Werkzeuge. Zuvor wird der Zuschnitt des Blechs auf eine Aufnahme gelegt und anschließend mit Hilfe eines Niederhalters gegen eine Ziehmatrize gedrückt. Der einwirkende Ziehstempel erzeugt dann die gewünschte Umformung. Das starre Tiefziehwerkzeug stellt das negative Abbild der späteren Form des Werkstückes dar.

Das Tiefziehen hat jedoch den Nachteil, dass sich am Rand des Werkstückes ein Grat (Werkstoffüberschuss) bildet, welcher anschließend mittels Entgraten oder Schneiden entfernt werden muss. 

 


Aber aufgepasst! Das Tiefziehen verursacht an einem Werkstoff hohe bis sehr hohe Beanspruchungen. Daher gilt es im Vorfeld zu klären ob sich der Werkstoff für dieses Verfahren eignet. Werkstoffspezifische Kennwerte, die uns hierbei Aufschluss geben sind Angaben zur Streckgrenze und Zugfestigkeit, sowie Angaben zum Dehnungs- und Verfestigungsvermögen. Gleichzeitig empfiehlt es sich die Angaben der Tiefziehverfahren (Maschinenangaben) zu kennen. 


 

Um die starken Reibungen zwischen Werkstück und Werkzeug maßgeblich zu reduzieren, kommen Schmierstoffe zum Einsatz, welche 

  1. Werkstückbeanspruchung und Werkzeugbeanspruchung reduzieren
  2. Oberflächengüte des Werkstückes erhöhen
  3. Reibungswärme abführen

zum Einsatz. 

<em>Darum geht es</em>

Kragenziehen

Das Kragenziehen als Verfahren des Zugdruckumformens wird genutzt, um an Blechen oder Rohren durch eine Kombination von Zug und Druck einen Durchzug anzubringen, welcher als Kragen bezeichnet wird. Der Werkstoff wird dabei auf Dehnung beansprucht und die kreisrunde Öffnung dabei abgebogen. 

 


Auf den Punkt gebracht! “Das Kragenziehen dient dem Aufweiten von Öffnungen in ebenen Blechen und dem Bördeln.”


Kragenziehen - Verfahren nach DIN 8584
Kragenziehen – Verfahren nach DIN 8584

 

Spezielle Werkstücke und Erzeugnisse werden durch diese Technologie gefertigt. Hierzu zählen

  • Gewindedurchzüge
  • Wellenlager

 

Außerdem sorgt ein Kragen dafür, dass die Biegesteifigkeit eines Bleches stark erhöht wird.

<em>Darum geht es</em>

Drücken

Das Drücken ist ebenfalls ein Verfahren des Zugdruckumformens. Hierbei wird ein ebener Blechzuschnitt mit Hilfe eines rotierenden Formkörpers durch eine Druckrolle an eine Druckform gepresst. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders gut zur Herstellung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern. 

 


Auf den Punkt gebracht! “Das Drücken dient der Herstellung von rotationssymmetrischen Hohlkörpern aus flachen Blechen”


 

In der Fachliteratur finden sich auch gleichwertige Bezeichnungen wie Metalldrücken oder Formdrücken, die dieses Verfahren bezeichnen. 

Um einer Faltenbildung entgegenzuwirken, stützt man das Blech durch einen Gegenhalter von der Rückseite her ab. 

Drücken nach DIN 8584
Drücken nach DIN 8584

Wie können insgesamt drei Verfahren voneinander unterscheiden

  • Weiten durch Drücken
  • Engen durch Drücken
  • Hohlkörpererzeugung durch Drücken

 

Produkte die mit Hilfe dieser Verfahrensart erzeugt werden sind

  • Töpfe
  • Kessel
  • Autofelgen
  • Lampenschirme

 

<em>Darum geht es</em>

Innenhochdruck-Weitstauchen

Im Vergleich zu den anderen Verfahren stellt das Innendruck-Weitstauchen ein eher kompliziertes Umformverfahren dar. Dabei wird ein weitestgehend unförmiges Werkstück mit Hilfe eines sehr hohem Innendrucks aufgeweitet. Das Stauchen des Werkstücks wird durch die auftretende Axialkraft verursacht. Aufgrund der Art des Verfahrens zählt es zu den wirkmedienbasiertes Verfahren.

 


Auf den Punkt gebracht! “Das Innenhochdruck-Weitstauchen ist die Umformung von Höhlköpern durch Druckaufbau im Inneren und wird teilweise auch dem Explosivumformen zugerechnet.” 


 

Um den notwendigen Druck für die Innendruckgestaltung zu realisieren, kommt eine Wasser-Öl-Emulsion zum Einsatz. Der Druck kann dabei bis zu 3000 bar betragen. Eine Kühlung ist hier nicht erforderlich. 

Innenhochdruck-Weitstauchen
Innenhochdruck-Weitstauchen

 

Eingesetzt wird dieses Verfahren zur Anfertigung von

  • Ventilen
  • Wasserhähnen
  • Fittingen
  • Fahrradrahmen
  • Hohle Bleche
  • T-Stücke

 

<em>Darum geht es</em>

Knickbauchen

Beim Knickbauchen werden lange Hohlkörper mit geringer Wanddicke entweder in eine konvexe oder konkave Bauchform aufgeweitet bzw. eingeschnürt.

Die konvexe Bauchform wird mittels Ausbauchen und die konkave Bauchform wird mittels Einhalsen realisiert.

Die Druckkräfte wirken auf dem Längsabschnitt am tangentialen Umfang der Form. 

Knickbauchen - Bestandteile
Knickbauchen – Bestandteile

 

Im Normalfall unterscheiden wir zwei Ausprägungen

Ausbauchen: Hier wird der Hohlkörper aufgeweitet. Durch einen zur Ausgangsform passenden Innenstempel findet die Stabilisierung statt und durch Druck wird dann in Längsrichtung gestaucht. Dabei entsteht ein nach außen gerichteter Bauch am Umfang des Werkstückes infolge der sich nach außen plastisch verformenden Wandungen, die nur noch tangential nach außen verformt werden kann. 

Einhalsen: Hier wird der Hohlkörper eingeschnürt. Durch eine zur Ausgangsform passende Halterung findet die Stabilisierung statt und durch Druck wird dann in Längsrichtung gestaucht. Dabei entsteht ein nach innen gerichteter Bauch am Umfang des Werkstückes infolge der sich nach innen plastisch verformenden Wandungen, die nur noch tangential nach innen verformt werden kann. 

 

Anwendung findet dieses Verfahren bei Profilen und Blechgehäusen. Ihre Hauptaufgabe ist jedoch die Weiterverarbeitung von Rohren aus plastisch gut verformbaren Werkstoffen. 


Auf den Punkt gebracht! “Das Knickbauchen dient dem Ausbauchen und Einhalsen von Hohlkörpern.”


 

Im Vergleich zu anderen Verfahren sind hier die notwendigen Werkzeugmaschinen sowie Vorrichtungen einfach, kostengünstig und flexibel zu verwenden. Daher stellt das Knickbauchen, das bevorzugte Verfahren in diesem Bereich dar. 

Das Verfahren selbst kann als einstufiges oder zweistufiges Verfahren realisiert werden. In der nachfolgenden sind beide Ausprägungen dargestellt. 

Knickbauchen (einstufig) Schema
Knickbauchen (einstufig) Schema
Knickbauchen (zweistufig) Schema
Knickbauchen (zweistufig) Schema

 

 

 

wie gehts weiter?
Nachdem wir uns jetzt einen ausreichenden Überblick bezüglich der Zugumformung verschafft haben, wenden wir uns jetzt mit dem Biegeumformen der vierten Gruppe zu.

Weitere Informationen

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