Umformtechnik

0 Allgemeine Begriffe, Formelzeichen und Einheiten in der Uniform technik.- 1 Einführung.- 1.0 Begriffe, Allgemeines.- 1.1 Technisch-wirtschaftliche Bedeutung der Umformtechnik.- 1.2 Übersicht über die Verfahren der Umformtechnik.- 1.3 Massivumformung - Blechumformung.- 1.4 Systematische Betrachtung von Umformvorgängen.- Literatur zu Kapitel 1.- 2 Metallkundliche Grundlagen.- 2.0 Einleitung.- 2.1 Kristallstruktur und Gefüge der Metalle.- 2.2 Elastische und plastische Formänderungen an Einkristallen bzw. Idealkristallen.- 2.2.1 Elastische Formänderungen.- 2.2.2 Plastische Formänderungen.- 2.2.2.1 Gleitung.- 2.2.2.2 Zwillingsbildung.- 2.2.3 Theoretische Schubfestigkeit.- 2.3 Gitterfehler.- 2.3.1 Arten von Gitterfehlern.- 2.3.2 Versetzungen.- 2.3.2.1 Arten von Versetzungen.- 2.3.2.2 Burgers-Umlauf, Burgers-Vektor.- 2.3.2.3 Teilversetzung, Stapelfehler.- 2.3.3 Andere Gitterfehler.- 2.3.3.1 Nulldimensionale Gitterfehler.- 2.3.3.2 Zweidimensionale Gitterfehler.- 2.4 Versetzungen und Werkstoffeigenschaften.- 2.4.1 Plastische Formänderungen durch Versetzungsbewegung.- 2.4.2 Erzeugung von Versetzungen, Versetzungsquellen.- 2.4.2.1 Frank-Read-Quelle.- 2.4.3 Quergleitung von Schraubenversetzungen.- 2.4.4 Klettern von Stufenversetzungen.- 2.4.5 Verfestigung.- 2.4.5.1 Ursachen der Verfestigung.- 2.5 Wechselwirkung von Versetzungen mit Fremdatomen und Teilchen.- 2.5.1 Mischkristallbildung.- 2.5.2 Obere und untere Streckgrenze, Reckalterung, Blaubrüchigkeit.- 2.5.3 Aushärtung, Dispersionshärtung.- 2.5.4 Martensitbildung, Stahlhärtung.- 2.6 Thermische aktivierte Vorgange.- 2.6.1 Übersicht.- 2.6.2 Kristallerholung.- 2.6.3 Rekristallisation und Kornvergrößerung.- 2.6.3.1 Primäre Rekristallisation.- 2.6.3.2 Sekundäre Rekristallisation, Kornvergrößerung.- 2.6.4 Statische und dynamische Gefügeänderungen bei der Warmumformung.- 2.6.4.1 Einleitung.- 2.6.4.2 Dynamische Erholung.- 2.6.4.3 Dynamische Rekristallisation.- 2.7 Anisotropie.- 2.7.1 Kristallanisotropie und Gefägeanisotropie.- 2.7.2 Elastische und plastische Anisotropie.- 2.8 Bruchvorgänge bei Metallen.- 2.8.1 Bedeutung der Bruchvorgänge.- 2.8.2 Der spröde Bruch.- 2.8.2.1 Theoretische Festigkeit.- 2.8.2.2 Theorie von Griffith.- 2.8.2.3 Rißbildung.- 2.8.2.4 Korngrenzeneinfluß.- 2.8.2.5 Einfluß des Spannungszustands.- 2.8.3 Der duktile Bruch.- Literatur zu Kapitel 2.- 3 Fließkurven, Fließortkurven und Formänderungsvermögen.- 3.0 Einleitung.- 3.1 Definition der Fließkurve.- 3.2 Fließkurven von Einkristallen.- 3.3 Fließkurven vielkristalliner Metalle.- 3.3.1 Korngrenzeneinfluß.- 3.3.2 Fließkurven bei Raumtemperatur.- 3.3.3 Einfluß von Temperatur und Umformgeschwindigkeit.- 3.4 Aufnahme von Fließkurven.- 3.4.1 Zugversuch.- 3.4.1.1 Zugversuch nach DIN 50 145.- 3.4.1.2 Verfahren nach Siebel und Schwaigerer.- 3.4.1.3 Zugversuch nach Reihle.- 3.4.2 Stauchversuch.- 3.4.2.1 Grundbegriffe.- 3.4.2.2 Einfluß der Reibung.- 3.4.2.3 Kontinuierlicher und diskontinuierlicher Stauchversuch.- 3.4.2.4 Zylinderstauchversuch nach Rastegaev.- 3.4.2.5 Einfluß der Umformgeschwindigkeit und der Temperatur.- 3.4.2.6 Flachstauchversuch.- 3.4.3 Verdrehversuch.- 3.4.3.1 Grundbegriffe.- 3.4.3.2 Berechnung der Fließkurve aus den Meßdaten.- 3.4.3.3 Auswirkung des Fließkriteriums.- 3.4.3.4 Das Hauptergebnis des Torsionsversuchs.- 3.4.3.5 Erzielen extrem hoher Umformgeschwindigkeiten.- 3.4.3.6 Berücksichtigung der Kerbwirkung.- 3.4.3.7 Abwandlungen des Torsionsversuchs.- 3.4.3.8 Fehler beim Torsionsversuch.- 3.4.4 Ermittlung der Fließkurven von Blechwerkstoffen.- 3.4.4.1 Flachzugversuch.- 3.4.4.2 Flachstauchversuch.- 3.4.4.3 Hydraulischer Tiefungsversuch.- 3.5 Vergleich der Verfahren.- 3.6 Fließkurven wichtiger Werkstoffe.- 3.6.1 Kaltfließkurven.- 3.6.2 Warmfließkurven.- 3.6.3 Vorhersage der Fließkurven von Einsatz- und Vergütungsstählen aus der chemischen Analyse und dem Gefügezustand.- 3.7 Fließkurven und Fließortkurven.- 3.7.1 Aufnahme von Fließortkurven.- 3.7.1.1 Definierte Spannungszustände.- 3.7.1.2 Ebener Formänderungsversuch.- 3.7.1.3 Texturanalyse.- 3.7.1.4 Knoop-Härtemessung.- 3.7.2 Vergleich der Verfahren.- 3.8 Formänderungsvermögen und Grenzformänderung.- 3.8.1 Formänderungsvermögen.- 3.8.2 Der Begriff "Zähigkeit" oder "Duktilität".- 3.8.3 Grenzformänderung.- Literatur zu Kapitel 3.- 4 Plastizitätstheoretische Grundlagen.- 4.0 Einleitung.- 4.1 Grundlagen der elementaren Plastizitätstheorie.- 4.1.1 Plastizität, Fließgrenze, Verfestigung.- 4.1.2 Bewegungszustand.- 4.1.3 Formänderungen und Formänderungsgeschwindigkeiten.- 4.1.3.1 Dehnungen.- 4.1.3.2 Schiebungen.- 4.1.4 Homogene Umformung, Umformgrad.- 4.1.5 Fließbedingung und Stoffgesetz.- 4.1.6 Formänderungsvermögen.- 4.1.7 Umformleistung und Umformarbeit.- 4.1.8 Vergleichsumformgrad und Vergleichsumformgeschwindigkeit.- 4.1.9 Lösungsverfahren der elementaren Plastizitätstheorie.- 4.1.9.1 Streifentheorie.- 4.1.9.2 Axialsymmetrische Umformung.- 4.1.9.3 Beispiele.- 4.2 Grundlagen und Anwendungen der v. Misesschen Plastizitätstheorie.- 4.2.1 Werkstoffmodelle.- 4.2.2 Spannungszustand und Spannungsverteilung.- 4.2.2.1 Spannungsverteilung und Gleichgewichtsbedingungen.- 4.2.2.2 Transformation des Spannungszustands, Spannungstensor.- 4.2.2.3 Hauptachsen und Invarianten.- 4.2.2.4 Deviator des Spannungszustands und Fließbedingung.- 4.2.3 Bewegungszustand.- 4.2.3.1 Kontinuitätsgleichung.- 4.2.3.2 Formänderungsgeschwindigkeiten.- 4.2.4 Stoffgesetz.- 4.2.5 Sonderfälle des Spannungs- und Formänderungszustands.- 4.2.5.1 Ebener Formänderungszustand.- 4.2.5.2 Vorgange mit axialer Symmetrie.- 4.2.6 Abgekürzte Schreibweise für kartesische Tensoren.- 4.2.7 Umformleistung.- 4.2.8 Zusammenhang zwischen Fließbedingung und Stoffgesetz; Druckersches Postulat.- 4.2.9 Extremalprinzipien der v. Misesschen Theorie.- 4.3 Lösungsverfahren.- 4.3.1 Strenge Lösungen.- 4.3.2 Gleitlinientheorie.- 4.3.3 Schrankenverfahren.- 4.3.4 Fehlerabgleichmethoden.- 4.3.5 Auswertung von im Versuch ermittelten Geschwindigkeitsfeldern ("Visioplasticity").- 4.3.6 Finite-Elemente-Methode (FEM).- 4.3.6.1 Elastisches Werkstoffmodell.- 4.3.6.2 Elastisch-plastisches Werkstoffmodell.- 4.3.6.3 Starrplastisches Werkstoffmodell.- Literatur zu Kapitel 4.- 5 Tribologische Grundlagen; Oberflächenwandlung.- 5.0 Einleitung.- 5.1 Reibung.- 5.1.1 Reibung bei plastischen Formänderungen.- 5.1.2 Folgen der Reibung.- 5.1.3 Reibpartner, Oberflächeneinfluß.- 5.1.4 Mathematische Beschreibung der Reibung.- 5.1.5 Einflußgrößen der Reibung.- 5.2 Schmierung, Oberflächenbehandlung.- 5.2.1 Aufgaben der Schmierung.- 5.2.2 Schmierungszustände.- 5.2.2.1 Festkörperreibung.- 5.2.2.2 Grenzschmierung.- 5.2.2.3 Mischschmierung.- 5.2.2.4 Hydrodynamische Schmierung, Flüssigkeitsschmierung.- 5.2.3 Trenn- und Schmierstoffträgerschichten.- 5.2.3.1 Grundlagen des Zinkphosphatierens.- 5.2.3.2 Oxalieren.- 5.2.4 Schmierstoffe.- 5.2.4.1 Öle und Fette.- 5.2.4.2 Wäßrige Suspensionen.- 5.2.4.3 Seifenschmierstoffe.- 5.2.4.4 Festschmierstoffe.- 5.2.5 Anwendung der Schmierstoffe.- 5.2.6 Schmierstoffprüfung.- 5.2.6.1 Reibungsuntersuchungen in Modellversuchen.- 5.2.6.2 Reibungsuntersuchungen bei Umformverfahren.- 5.3 Verschleiß.- 5.3.1 Verschleißmechanismen.- 5.3.2 Möglichkeiten zur Minderung des Werkzeugverschleißes.- 5.3.3 Verschleißprüfung.- 5.4 Oberflächenwandlung.- 5.4.0 Begriffe.- 5.4.1 Beschreibung der Oberflächenbeschaffenheit.- 5.4.1.1 Senkrechtmaße.- 5.4.1.2 Waagerechtmaße.- 5.4.1.3 Aussagekraft der Oberflächenmaße; abgeleitete Größen.- 5.4.2 Oberflächenwandlungen beim Kaltumformen.- 5.4.2.1 Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit bei der freien Umformung.- 5.4.2.2 Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit bei der gebundenen Umformung.- Literatur zu Kapitel 5.- 6 Ermittlung von Verfahrenskennwerten durch Messen.- 6.0 Einleitung.- 6.1 Verfahrenskenngrößen.- 6.1.1 Kraft, Weg und Arbeit.- 6.1.2 Vorgangskenngrößen.- 6.2 Elektrische Messung mechanischer Größen.- 6.2.1 Meßwertaufnehmer.- 6.2.1.1 Wegaufnehmer.- 6.2.1.2 Geschwindigkeitsaufnehmer.- 6.2.1.3 Kraftaufnehmer.- 6.2.1.4 Druckaufnehmer.- 6.2.1.5 Beschleunigungsaufnehmer.- 6.2.1.6 Temperaturmessung.- 6.2.2 Meßwertaufbereitung.- 6.2.2.1 Verstärker.- 6.2.2.2 Meßbrücke.- 6.2.2.3 Elektronische Zähler.- 6.2.2.4 Analog-Digital-Umsetzer.- 6.2.3 Registriergeräte.- 6.2.3.1 Registrierung über der Zeit.- 6.2.3.2 Aufzeichnung von Meßwerten über einem weiteren Meßwert.- 6.2.3.3 Digitale Registrierung und Verarbeitung von Meßwerten.- 6.3 Messung der Vorgangskenngrößen.- 6.3.1 Visioplastizität.- 6.3.2 Messung örtlicher Spannungen.- 6.3.3 Modelltechnik.- 6.3.3.1 Modellwerkstoffe.- 6.3.3.2 Modellverfahren.- Literatur zu Kapitel 6.- 7 Grundlagen der Werkzeugmaschinen zum Umformen.- 7.0 Einleitung (Aufgabe, Definition).- 7.1 Kenngrößen von Preßmaschinen.- 7.1.0 Arten von Kenngrößen.- 7.1.1 Kraft- und Energiekenngrößen.- 7.1.2 Zeitkenngrößen.- 7.1.2.1 Zeiten.- 7.1.2.2 Geschwindigkeiten.- 7.1.3 Genauigkeitskenngrößen.- 7.1.3.1 Genauigkeitskenngrößen der unbelasteten Maschine.- 7.1.3.2 Genauigkeitskenngrößen der belasteten Maschine.- 7.1.4 Zusammenstellung der wichtigsten Kenngrößen von Preßmaschinen.- 7.2 Arbeitgebundene Preßmaschinen.- 7.2.1 Hämmer.- 7.2.1.1 Bauarten von Hämmern.- 7.2.1.2 Kennwerte von Hämmern.- 7.2.1.3 Bauelemente von Hämmern.- 7.2.1.4 Steuerungen von Hämmern.- 7.2.2 Spindelpressen.- 7.2.2.1 Antriebsarten und Bewegungsvorgänge.- 7.2.2.2 Energieumsetzung und Wirkungsgrad.- 7.2.2.3 Steuerungen.- 7.2.2.4 Anwendung und Baugrößen von Spindelpressen.- 7.3 Kraftgebundene Preßmaschinen.- 7.3.0 Einleitung.- 7.3.1 Druckflüssigkeiten.- 7.3.1.1 Aufgaben der Druckflüssigkeiten.- 7.3.1.2 Wichtige Eigenschaften der Druckflüssigkeiten.- 7.3.1.3 Schwer entflammbare Druckflüssigkeiten.- 7.3.2 Antriebssysteme.- 7.3.2.1 Pressen mit Förderstromquelle (unmittelbarer Pumpenantrieb).- 7.3.2.2 Kreisläufe mit Druckquelle (Speicherantrieb).- 7.3.2.3 Anwendungsgebiete von unmittelbarem Pumpenantrieb und Speicherantrieb.- 7.3.3 Kenngrößen hydraulischer Pressen.- 7.3.4 Bauarten hydraulischer Pressen.- 7.3.5 Bauelemente.- 7.3.5.1 Pumpen und zugehörige Regeleinrichtungen.- 7.3.5.2 Zylinder.- 7.3.5.3 Hydrospeicher.- 7.3.5.4 Ventile.- 7.3.5.5 Steuerung hydraulischer Pressen.- 7.3.6 Vor- und Nachteile hydraulischer Pressen, Einsatzgebiete.- 7.4 Weggebundene Preßmaschinen.- 7.4.0 Einleitung, Bauarten.- 7.4.1 Kinetisches und kinematisches Verhalten weggebundener Pressen.- 7.4.1.1 Kinetisches und kinematisches Verhalten von weggebundenen Pressen mit geradem, ungeschränktem Schubkurbelgetriebe und unveränderlichem Gesamthub des Stößels (Kurbelpressen).- 7.4.1.2 Kinetisches und kinematisches Verhalten von weggebundenen Pressen mit geradem, ungeschränktem Schubkurbelgetriebe und veränderlichem Gesamthub des Stößels (Exzenterpressen).- 7.4.1.3 Kinetisches und kinematisches Verhalten von weggebundenen Pressen mit Schubkurbel-Kniehebel-Getriebe (Kniehebelpressen).- 7.4.2 Baugruppen weggebundener Pressen.- 7.4.2.1 Gestell.- 7.4.2.2 Antrieb.- 7.5 Schutzeinrichtungen.- 7.5.1 Einrichtungen zum Schutz des arbeitenden Menschen.- 7.5.1.1 Arbeitsweise mit geringen Sicherheitsanforderungen.- 7.5.1.2 Arbeitsweise mit erhöhten Sicherheitsanforderungen.- 7.5.1.3 Arbeitsweise mit hohen Sicherheitsanforderungen.- 7.5.2 Einrichtungen zum Schutz der Maschine gegen Überlastung.- 7.5.2.1 Schutzeinrichtungen an weggebundenen Pressen.- 7.5.2.2 Schutzeinrichtungen an Schwungrad-Spindelpressen.- 7.6 Automatisierungsfragen.- 7.6.1 Die Gegebenheiten.- 7.6.2 Fertigungssysteme.- 7.6.3 Numerische Steuerungen für umformende Fertigungseinrichtungen.- 7.6.3.1 Definition und Benennung der Steuerungen.- 7.6.3.2 Strukturen von Steuerungen.- 7.6.3.3 Bauarten von NC-Steuerungen.- 7.6.4 Werkstückhandhabung.- 7.6.5 Lösung der Automatisierungsaufgaben.- 7.6.5.1 Einzelmaschinen.- 7.6.5.2 Maschinenfließreihen.- 7.6.5.3 Umformmaschinen für die Klein- und Mittelserienfertigung.- 7.6.5.4 Automatisierung und Fertigungskosten.- 7.6.5.5 Flexible Fertigungssysteme.- Literatur zu Kapitel 7.- 8 Arbeitsgenauigkeit.- 8.0 Begriffe, Allgemeines.- 8.1 Fehler.- 8.1.1 Systematische und zufällige Fehler.- 8.1.2 Werkzeugabhängige und maschinenabhängige Fehler.- 8.1.3 Fehler am Werkstück.- 8.2 Einflüsse auf die Genauigkeit beim Umformen.- 8.2.1 Werkstoff.- 8.2.2 Werkzeug.- 8.2.3 Maschine.- 8.2.4 Arbeitsablauf.- 8.3 Genauigkeit einzelner Verfahren.- 8.3.1 Warmumformen, Kaltumformen.- 8.3.2 Gesenkschmieden.- 8.3.3 Maßprägen.- 8.3.4 Kaltfließpressen, Kaltmassivumformen.- 8.3.5 Kombination von Warm-, Halbwarm- und Kaltumformung.- 8.3.6 Feinschneiden.- 8.3.7 Kaltwalzen von Präzisionsprofilen.- 8.4 Toleranzen.- 8.4.1 Toleranzfelder.- 8.4.2 ISO-Toleranzen.- 8.5 Normen und Richtlinien für Toleranzen an umgeformten Werkstücken.- 8.5.1 Toleranznormen für Gesenkschmiedestücke aus Stahl (DIN 7526).- 8.5.2 Toleranzsystem für Kaltumformteile aus Stahl.- Literatur zu Kapitel 8.