Trennen und Umformen

Elastizitätsmodul:

E = Sigma / Epsilon (bzw. Spannung / Dehnung)

E-Modul: Als Elastizitätsmodul wird der Proportionalitätsfaktor E bezeichnet. Er ist ein Maß für den Widerstand, den ein Werkstoff seiner elastisschen  Verformung entgegensetzt und kann beispielsweise aus der Steigung der Hooke´schen Geraden ermittelt werden.

Schubmodul:

G = Tao / Gamma (bzw. Schubspannung / Schubwinkel)

Schubmodul: Der Schubmodul G ist eine Materialkonstante, die Auskunft gibt über linear-elastische Verformung eines Bauteils infolge einer Scherkraft oder Schubspannung. Es beschreibt das Verhältnis zwischen der Schubspannung und dem Schubwinkels. Die Formel ist analog zu Kooke´schen Gesetz für den einachsigen Spannungszustand

siehe Bild!

.Schub- und Zugspannungen im Blechwerkstoff führen zur Rissbildung in der Scherzone

Induzierung von Druckspannungen in der Umformzone unterbindet Rissbildung

???

Vor- und Nachteile der Kaltumformung:

V: Geringere Werkzeugbaustoffkosten als bei Warmumformung

V: Geringer Einfluss der Umformgeschwindigkeit

V: Kein Energieaufwand für die Erwärmung

V: Keine Maßfehler durch Schwindung

V: Hohe Oberflächengüte

V: Festigkeitssteigerung des Bauteils durch Kaltverfestigung

V: keine Werkstoffverluste und Nachbehandlungen durch Zunderbildung

V: keine spanende Nachbearbeitung erforderlich

N: Großer Kraft- und Arbeitsbedarf => Begrenztes Werkstoffspektrum und begrenzte Bauteilgrösse

N: Begrenztes Umformvermögen

N: Häufig aufwendige und umweltbelastende Schmierung erforderlich (Schmierstoffauftrag Phosphatieren)

Vor- und Nachteile der Halbwarmumformung:

V: Festigkeitssteigerung des Bauteils

V: kleine Toleransbereiche

V: hohe Oberflächengüte

N: Energieaufwand für die Erwärmung

N: hohe Fließspannung

Vor- und Nachteile der Warmumformung:

V: geringer Kraft- und Arbeitsbedarf auf Grund der temperaturabhängigen Werkstoffentfestigung

V: großes Umformvermögen

N: hoher Energieaufwand für die Erwärmung

N: hohe thermische Belastung der Werkzeuge

N: hohe Werkzeugbaustoffkosten

N: Maßfehler durch Schwindung

N: Werkstoffverlusste und Nachbehandlungen wegen Zunderbildung

Rekristallisationsglühen bewirkt eine Neubildung des Gefüges, wodurch die Kaltverfestigung aufgehoben und dadurch die Fließspannung gesenkt wird.

=> also wenn die Fließspannung gesenkt werden muss

???

cBN (Kubisches Bornitrid)

Eigenschaften

- cBN (kubisches Bornitrid) ist das zweithärteste bekannte Material

Anwendungsgebiete

- Gehärteter Stahl und gehärtete Gusseisenwerkstoffe

- Gusswerkstoffe

- In Sonderbereichen:

– Nichtrostender Stahl M10-M40

– Stahl und Stahlguss P01-P20

Vom synthetischen Diamant unterscheidet es sich durch seine höhere thermische Stabilität.

- Eingeschränkte Warmfestigkeit durch Diffusionsneigung des Wolframkarbids,

- Daher nicht geeignet für weiche Stahlwerkstoffe

Überschreiten der Zugfestigkeit des Werkstoffs oder Ziehkantenradius zu klein.

Zur Vermeidung: Ziehkantenradius größer wählen, anderen Werkstoff wählen, geringere Ziehtiefe

• Höherer Arbeitsaufwand, da mit Gegenstempel gearbeitet wird
• Bauteil muss ausgeworfen werfen
• Teurere Maschine
• Höherer verschnitt

- Vergleich zwischen theoretischer und gemessener Rautiefe

- Der Unterschied zwischen theoretische und gemessener Rautiefe ist zurückzuführen auf den geringen Vorschub

- Das geometrisch ideale Oberflächenprofil wird durch die kinematische Rauhtiefe Rth beschrieben.

- Aufgrund von Werkstoff- elastizität und Schneiden- verschleiß wird im Bereich der Nebenschneide Werkstoff verdrängt, der anschließend teilweise elastisch zurückfedert.

- Durch diese Effekte entstehen die sogenannten Spanzipfel.

- Die tatsächliche Rauhtiefe ist durch die Bildung der Spanzipfel größer als die theoretisch berechnete kinematische Rautiefe Rth.

Tribologie (griechisch: Reibungslehre) befasst sich mit der wissenschaftlichen Beschreibung von Reibung, Verschleiß und Schmierung sowie der Entwicklung von Technologien zur Optimierung von Reibungsvorgängen, die auch als "wechselwirkende Oberflächen in relativer Bewegung" oder "tribologisches System" bezeichnet werden.

Aus Skript: "Interaktion zwischen Werkzeug und Werkstück wird durch das Tribosystem beschrieben."

Unter einer Emulsion versteht man ein fein verteiltes Gemisch zweier normalerweise nicht mischbarer Flüssigkeiten ohne sichtbare Entmischung. Beispiele für Emulsionen sind zahlreicheKosmetika, Milch oder Mayonnaise.

eine Emulsion ist ein mit Wasser gemischter Kühlschmierstoff.

siehe Bild!

Definition:

Bohren ist Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung, bei dem die Drehachse des Werkzeugs  und die Achse der zu erzeugenden Innenfläche identisch sind und die Vorschubbewegung in Richtung dieser Achse verläuft.

Geringe Diffusions- und Adhäsionsneigung:

gegenüber dem Werkstückwerkstoffen

Oxidationsbeständigkeit:

Hoher Widerstand gegen Oxidation

Warmfestigkeit:

Hohe Härte über die Temperatur

Hohe Verschleißfestigkeit:

Widerstand gegen Abtrag beim Schneidprozess 

Reproduzierbares Verschleißverhalten:

Möglichst lineare Verschleißzunahme

Biegefestigkeit und Zähigkeit:

Widerstand gegen Rissbildung, wichtig bei Wechselbelastung, mit zunehmender Härte nimmt leider die Zähigkeit ab 

Härte und Druckfestigkeit:

WZ muss härter sein als WS (=> Schneidfähigkeit)

Kantenfestigkeit:

-

Temperaturwechselbeständigkeit:

Vermeidung von Rissbildungen durch Materialermüdung infolge starker Temperaturschwankungen

Wärmezentren sind mit den Verformungszentren identisch, d.h. Wärmequellen sind die Scherzonen und die Reibungszonen

Das Verfahren bietet folgende Vorteile:

1. Durch die einteilige Bauweise entfallen Verbindungsschweißnähte, 

2. Die Kaltverfestigung sorgt für verbindungssteife Bauteile,

3. Das Kalibrieren in der Form bewirkt eine Sehr hohe Form und Maßgenauigkeit

4. Erstellen von Bauteilen mit komplexer Geometrie.

Innen-Hochdruck-Umformen – IHU – ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Hohlkörpern mit komplexer Geometrie.  Die Kalt-Umformung erfolgt mit flüssigen Wirkmedien in einem Gesenk bei Drücken bis zu 4.000 bar.

Man verstaht darunter die gleichmässige Querschnittsabnahme.

Die Gleichmaßdehnung ist beim Zugversuch die auf die Anfangslänge bezogene plastische Längenänderung bei Beanspruchung der Zugprobe mit der Höchstkraft ; diese wird meist bei der Zugfestigkeit erreicht. Die Gleichmaßdehnung gibt an, dass sich die Zugprobe bis zur Höchstkraft nicht einschnürt, sondern gleichmäßig dehnt.

Unter Fertigungshistorie versteht man, dass ein Teil der Energie, die zum Formgebungsprozess aufgewendet wird, in das gefertigte Bauteil fließt.

Dies geschieht in Form von:

-Eigenspannung (innere Energie wird gespeichert)

-Gefügeveränderung

-Makro- und/oder mikrogeometrische Veränderung des Werkstücks

-usw.

Eine Tailored Blank (engl., bedeutet: maßgeschneiderte Platine) ist eine Blechplatine, welche typischerweise aus verschiedenen Werkstoffgüten und Blechdicken zusammengesetzt ist. Dieses vorgefertigte Halbzeug wird anschließend zum Beispiel durch Tiefziehen zum gewünschten Bauteil umgeformt.

Coilmaterial kann aus Stählen unterschiedlicher Dicke und Festigkeit hergestellt werden. Es dient zur Fertigung von Blechbauteilen mit belastungsgerechter Blechdickenverteilung.

PA-CVD (Plasmaaktiviertes-CVD)

MT- CVD (Mitteltemperatur-CVD)

PVD   CVD   Die Verfahren unterscheiden sich in der Temperatur und im Druck die beim Beschichten herscht. ggf.noch Folie 58  

Chemische Bindungen

Bezeichnung  :   Bindungstyp

Ionische Bindung: Bindung zwischen Metallen und Nichtmetallen                       

Kovalente Bindung: Bindung zwischen Nichtmetallen

Van-der-Waals-Bindung: Bindung zwischen Edelgasen

–> Metallische Bindung: Bindung zwischen Metallen <–

kfz: sehr gut

krz: gut

hex: gering

a. Anschlagstift

b. Fangstift

c. Seitenschneider

Wirkung der Ringzacke: Durch die eingepresste Ringzacke entsteht eine Druckzone in Richtung des Stempels und der Schneidplattenkante. Diese Werkstoffverdrängung verhindert ein Abfließen mit Bildung einer Bruchzone. Werkstoffe zum Feinschneiden müssen daher gut kaltverformbar sein.

Sie befindet sich auf der Schneid-/ bzw Pressplatte.

?! Richtig !?

Der Folgeschnitt ist ungenauer, weil hier das Werkzeug und die Forschubbegrenzung als Fehlerquelle auftreten.

Gesamtschnitt:

V: Sehr hohe Genauigkeit da frei vom Einfluss des Streifenvorschubes!  

V: Schnittteil wird in einem einzigen Hub fertiggestellt

N: Je komplexer das Teil umso aufwändiger das Werkzeug -> daher eher einfache Geometrien

N: höherer Kraftaufwand 

Folgeschnitt:

Schnittteil wird durch mehrere hintereinander angeordnete Stempel erzeugt

Nach jedem Stösselhub der Maschine wird der Werkstoffstreifen um eine Station verschoben

Aufgrund der einfachen Werkzeuge findet der Folgeschnitt zunehmend Verwendung

V: Geeignet für komplizierte Teile

V: Integration von weiteren Umformoperationen möglich

N: Geringere Genauigkeit da Genauigkeit nicht nur vom Werkzeug sondern auch von der Vorschubbegrenzung abhängig ist

Rundbohren

• Bohren ins Volle
• Aufbohren
• Kernbohren

Schraubbohren

Profilbohren

Formbohren

Adhäsion

Oberflächenzerrüttung

Abrasion

Tribochemischer Verschleiß

• Die Massivumformung erlaubt ein Materialersparnis von bis zu 70% gegenüber der zerspanenden Fertigung.
• Die Massivumformung erlaubt Funktionsintegration => z.B. Stabilität und Dichtheit
• Ausgangsmaterial ist in der Regel frei von Innenfehlern (keine Lunker!)
• Faserverlauf wird häufig in Richtung der Haupt-belastung des Bauteils ausgerichtet Gute Zähigkeit geschmiedeter Bauteile, da die Werkstoffe duktil sind und nicht durch Gewaltbruch versagen sondern verformen plastisch -> Restfunktionalität in Crash-Situationen

Umwelt

Kosten

Geringerer Einsatz von KSS (20-50ml pro Prozessstunde)

KSS gelingt durch die Kanäle in den Werkzeugen direkt an die Schneiden.

Warmumformung: großen Einfluss (Fließspannung höher)

Kaltumformung: eher unbedeutend

Eörterung

Die Wirkung des Umformgrades und der Umformgeschwindigkeit wird wesentlich von der Umformtemperatur bestimmt, d.h. von der Tatsache, ob im Kalt- oder im Warmumformgebiet umgeformt wird . Die Grenze zwischen beiden Gebieten ist hier (entgegen der Definition nach DIN 8582, vgl. 1.2) die Rekristallisationstemperatur. Ist die Umformtemperatur niedriger als die Rekristallisationstemperatur, dann verfestigt der Werkstoff mit zu-nehmendem Umformgrad. Bei Kaltumformung hat daher der Umformgrad einen großen Einfluss auf die Höhe der Fließspannung, der Einfluss der Umformge-schwindigkeit ist dagegen unbedeutend.Liegt die Umformtemperatur über der Rekristallisationstemperatur, dann findet eine Warmumformung statt. Der Werkstoff kann parallel zum Umformen rekristallisieren (dynamische Rekristallisation), d.h., e-ventuell auftretende Verfestigungen werden wieder abgebaut. Ist die Umformge-schwindigkeit hoch, dann hat der Werkstoff keine oder nicht genügend Zeit für eine Rekristallisation, so dass eine zeitweilige Verfestigung, eine sogenannte Warmver-festigung, auftritt.Diese Warmverfestigung wird jedoch in der mit einer gewissen Zeitverzögerung statt-findenden Rekristallisation (statische Rekristallisation) abgebaut. Daher hat bei der Warmumformung die Umformgeschwindigkeit einen großen Einfluss und der Umformgrad nur einen geringen Einfluss.

Der "Delta" r-Wert ist ein Maß für die Zipfeligkeit. Der Δr-Wert sollte beim Tiefziehen möglichst
klein sein, ein Blech mit Δr = 0 bildet beim Tiefziehen keine Zipfel aus

Zweck: – Vermeidung von Verschleiß durch Abrasion, Adhäsion, Diffusion, Oxidation – Unterbindung des Kontaktes zwischen Werkstoff und Werkzeug   -> Reduktion des Werkzeugverschleiß – Beschichtungen vermeiden Verschleiß durch: - Steigerung der Verschleißfestigkeit (Hartstoffschicht) - Verminderung der Adhäsionsneigung - Wirkung als Diffusionssperre - Steigerung der thermischen und chemischen Stabilität -> Beschichtungen dürfen den Grundwerkstoff nicht schwächen -> verschleiß- und biegefeste Werkzeuge möglich  

Pc = Fc ⋅vc [W]