Fertigungstechnik

Umformtechnik

Die Fertigungstechnik hört sich für dich nach einem Begriff der Moderne an? Wir zeigen Dir, dass wir Menschen sie bereits seit Jahrtausenden anwenden!

Metallverarbeitung mit weitreichender Tradition

Nachdem du das Urformen bereits schon kennst, sehen wir uns jetzt das Umformen an. Bereits um 4.000 v. Chr. wurden Metalle bearbeitet und in Form gebracht. Eineinhalb Jahrtausende später folgte der Beginn der Bronzezeit und der Startschuss für den Einsatz von Kupferlegierungen. Eines der ältesten Verfahren der Umformtechnik ist sicherlich auch für dich kein Fremdwort: das Schmieden!

Massiv- und blechumformende Verfahren

Möchtest Du ein Metall umformen, gibt es einige Verfahren zur Auswahl. Die grobe Unterteilung erfolgt in Massiv- und Blechumformen.  Bei der Feineinteilung der massivumformenden Verfahren steht die Temperatur im Fokus. Du kannst zwischen kaltem, halbwarmem oder warmem Umformen wählen. Du kannst Dir merken, dass Verfahren der Kategorie Massivumformen meistens für Rohlinge oder Halbzeuge angewendet werden, die eine dreidimensionale Form haben und stark in ihren Maßen verändert werden. Wird er dabei im kalten Zustand, also bei Raumtemperatur umgeformt, verfestigt sich der Werkstoff außerdem sehr. Dadurch wirken hohe Kräfte und dem Werkzeug widerfahren hohe Belastungen.

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Fertigungsverfahren

Bei den Verfahren des Blechumformens, wie zum Beispiel dem Biegen, ist das Halbzeug bereits flächig ausgedehnt und wird nur noch in kleinen Ausmaßen verändert. Ein Blech benötigt weniger Kraft und beansprucht das Werkzeug dadurch weniger als ein massiv umgeformtes Halbzeug.

Kategorien des Umformens

Teilst Du die Verfahren danach ein, welche Art von Kraft aufgewendet wird, um umzuformen, ergeben sich fünf Kategorien: Zum sogenannten Druckumformen zählt man beispielsweise das Walzen und das Eindrücken. Wird neben Druck auch noch eine Zugbelastung ausgeübt, spricht man von Zugdruckumformen. Beim Drahtziehen zum Beispiel, wird das Halbzeug durch eine Verengung gedrückt und verändert so seinen Durchmesser. Das Längen gehört zur Kategorie Zugumformen. Die beiden letzten Unterteilungen sind das Biege- und das Schubumformen. Letzteres zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verdrehung des Halbzeugs erfolgt.

Herstellung eines Schraubengewindes

Um die Theorie jetzt einmal in einer Aufgabe anzuwenden, überlegen wir uns, wie wir das Gewinde einer Schraube herstellen können. Unser Halbzeug hat zu Beginn die Form eines Metallstifts. Mithilfe eines geeigneten Umformverfahrens wollen wir diesen mit Gewinderillen versehen. Setzen wir unser Vorhaben ohne den Einfluss von Wärme um, können wir eine Verfestigung des Materials erreichen. Da das für eine Schraube natürlich von Vorteil ist, behalten wir uns diesen Aspekt bei der Verfahrensauswahl im Hinterkopf. Die Furchen müssen wir durch rotierende Bewegungen erzeugen, damit sie gleichmäßig und nahtlos verlaufen. Dafür würden sich zwei Walzen bestens eignen. Die Oberflächen der beiden Walzen müssen die Negativabdrücke des Gewindes enthalten, um die Furchen in den Metallstift hinein zu fräsen.

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Herstellung eines Schraubengewindes

Das Gesenkschmieden

Als Beweis, dass wir uns heutzutage immer noch Abwandlungen des ursprünglichen Schmiedens zu Nutze machen, sehen wir uns abschließend das Gesenkschmieden an, mit dem zum Beispiel Kurbelwellen hergestellt werden. Ähnlich zur Schraube, liegt das Halbzeug zu Beginn als massiver Stift vor. Du weißt also, dass es sich hier um eine Variante des Massivumformens handelt. Dieser Stift wird in die untere Hälfte des Formwerkzeugs, das Untergesenk eingelegt. Danach wird das Obergesenk darauf gepresst. Bei Kurbelwellen wird in die Form zusätzlich eine Gratmulde mit eingraviert. Das hat den Vorteil, dass das Halbzeug am Anfang nicht perfekt positioniert werden muss, um eine gleichmäßige Werkstoffverteilung beim Schmieden zu erreichen. Durch die Gratmulde wird überschüssiges und unsymmetrisch verteiltes Material aufgefangen, das in einem anschließenden Prozessschritt abgetrennt werden kann.

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Herstellung von Kurbelwellen durch Gesenkschmieden

Fertig ist die Kurbelwelle!

Nachdem dir der kleine Ausflug in die Geschichte der Metallverarbeitung das Umformen nähergebracht hat, geht die Reise im nächsten Beitrag weiter.

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