Eigenschaften

Umformtechnik:

Umformen ist nach DIN8582 [Din82] als Fertigen eines festen Körpers durch bildsames, plastisches Ändern der Form, wobei sowohl die Masse als auch der Zusammenhalt beibehalten werden, definiert. Umformende Fertigungsprozesse sind unter Kosten- und Qualitätsgesichtspunkten, insbesondere bei der Fertigung von Serienprodukten, hochinteressant. Beim Massivumformen setzt man als Ausgangswerkstücke gedrungene Voll- und Hohlquerschnitte ein. [Din82]

Abhängig von der Starttemperatur des Umformvorgangs werden unterschieden:

- Kaltmassivumformung bei Raumtemperatur
- Halbwarmmassivumformung Stahl: 650 – 900 °C, Aluminium 200 - 320 °C
- Warmmassivumformung (auch Schmieden) Stahl: > 1000 °C, Aluminium 350 - 580 °C

Allen Massivumformprozessen ist gemein, dass durch Überlagerung großer Druckspannungen hohe Duktilität erreicht wird und somit große Änderungen der Form zu erreichen sind. Durch die komplexen Materialflüsse während des Umformprozesses müssen Produkte im Detail oftmals an die Prozesse angepasst werden. Bei erfolgreicher Anwendung der Technologie können dadurch stabile, hochproduktive Prozesse erreicht werden, mit denen die Erzeugung belastungsoptimierter Bauteile möglich ist.

Kaltmassivumformung

Wesentliche Prozesse der Kaltmassivumformung sind: Verjüngen, Fließpressen, Stauchen, Gewindewalzen und Abstreckgleitziehen. Bei der Gestaltung und Fertigung von Massivumformteilen wird angestrebt, diese möglichst ohne weitere spanende Nachbearbeitung einsetzen zu können. Das bedeutet, dass die geometrischen Abmessungen eng toleriert sein müssen und dass an Werkzeug und Werkstück gleich bleibend gute Oberflächen erforderlich sind.

Während der Kaltmassivumformung wirken am Bauteil verschiedene mechanische und thermische Vorgänge, die eine Produktverbesserung bewirken können.

Plastische Formänderungen in polykristallinen Realkristallen können durch die Wanderung von null- oder mehrdimensionalen Fehlstellen im Realkristall begünstigt werden. Durch diese Anhäufung von Versetzungen im Realkristall behindern sich die Fehlstellen bei zunehmender Formänderung gegenseitig und erhöhen so die Fließspannung des Grundwerkstoffs. Diese Erhöhung der Fließspannung korreliert mit dem jeweiligen Umformgrad (Kaltverfestigung). Da Bauteile der Kaltmassivumformung aufgrund der vorherrschenden Druckspannungszustände während der Umformung sehr große Formänderungen erreichen können, zeichnen sich kaltmassiv umgeformte Bauteile oftmals durch starke Kaltverfestigungen aus. Die Kaltverfestigung bewirkt die folgenden Materialänderungen:

¬ Erhöhung der Streckgrenze und der Zugfestigkeit
¬ Erhöhung der Härte
¬ Erhöhung des Verformungswiderstandes

Nach einem Rekristallisationsglühen weisen Kaltmassivumgeformte Bauteile eine sehr feinkörnige Struktur auf, die gerade bei hochbelasteten Bauteilen vorteilhafte Bauteileigenschaften bewirken.

Durch die hohen auftretenden Kontaktnormalspannungen in Verbindung mit Relativbewegungen des Werkstücks auf polierten Werkzeugoberflächen ergeben sich in der Massivumformung im Allgemeinen Oberflächen mit sehr geringer Rauigkeit. Diese Mechanismen und Vorgänge bewirken, dass neben einer Formänderung während eines Umformprozesses auch Änderungen der Werkstoff- und Oberflächeneigenschaften hervorgerufen werden. Auf Produktebene wirken sich diese Materialeigenschaften durch größeren Widerstand gegen statische und dynamische Belastung aus, wodurch ohne Einbußen der Belastbarkeit eine Fertigung mit geringerem Material- einsatz erreicht werden kann.

Viele Produkte lassen sich bei geeigneter Nutzung dieser Vorgänge sowohl hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen als auch bezüglich ihrer technologischen Eigenschaften erheblich verbessern. Voraussetzung dafür ist die frühzeitige enge Verzahnung von Produktentwicklung und Prozessgestaltung.

[Din82] DIN 8582, Fertigungsverfahren: Umformen - Einordnung, Unterteilung, Begriffe. Berlin, Beuth Verlag, 2003