(FT0-07) Zugdruckumformen – Verfahren

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:

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.”

Zugdruckumformverfahren – Überblick

Nachfolgend findest du eine Vorstellung der sechs Verfahren nacheinander:

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. 

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 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. 

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. 

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. 

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. 

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. 

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. 

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.

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. 

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. 

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

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.

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. 

Eingesetzt wird dieses Verfahren zur Anfertigung von

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

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. 

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. 

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.