Umformprozess:Umformvorgänge von Materialien | Fertigungswissenschaft

Wir haben eine kurze Beschreibung und Analyse der verschiedenen grundlegenden Umformvorgänge gegeben. Es ist zu hoffen, dass sich der Leser inzwischen eine Vorstellung von diesen Vorgängen, insbesondere von der beteiligten Mechanik, gemacht hat. Es gibt jedoch viele kleinere und größere Variationen solcher Prozesse. In diesem Artikel werden wir einige davon zusammen mit den damit verbundenen technologischen Aspekten diskutieren.

Umformprozess:Umformvorgänge von Materialien

Vorgang # 1. Rollen :

Es ist selten möglich, den endgültigen Querschnitt in einem Schritt zu erreichen. Im Allgemeinen wird das Walzen mit einer Anzahl von Durchgängen unter Verwendung unterschiedlicher Abfragegeräte auf kontinuierliche Weise durchgeführt. Die gesamte Werkstatt wird normalerweise als Walzwerk bezeichnet. Beim Walzen von Flachbändern ist es möglich, die aufeinanderfolgenden Schritte mit demselben Walzenpaar durchzuführen.

Die obere Walze wird normalerweise eingestellt, um den Spalt nach jedem Durchgang zu kontrollieren. Um das Problem einer umfangreichen Materialhandhabung zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Drehrichtung der Walzen umzukehren. Dadurch bewegt sich das Werkstück in aufeinanderfolgenden Durchgängen hin und her. Manchmal kann der Platz durch den Einsatz eines Quarto-Walzwerks optimiert werden.

Beim Warmwalzen sollte der Zeitablauf minimiert werden, da der Auftrag kontinuierlich abkühlt. Dies sollte eine der Hauptüberlegungen bei der Auslegung eines Walzwerks sein. Normalerweise wird die Jobbewegung durch das Vorsehen von Stützrollen erleichtert. Wenn ein Auftrag ausreichend lang und flexibel ist, kann ein Dreiwalzenwalzwerk mit einer Einrichtung zum Zuführen des zweiten Durchgangs versehen werden, noch bevor der erste Durchgang abgeschlossen ist. Dies wird durch eine sogenannte Schlingenmühle erreicht.

Das Looping kann mechanisch mit einem gebogenen Rohr oder einer Wanne, einem sogenannten Repeater, erfolgen. Für einen flexiblen, langen Auftrag kann auch ein kontinuierliches mehrlagiges Walzen durchgeführt werden, indem die Walzausrüstung mit einem Walzstich neben dem anderen geeignet angeordnet wird.

Bei einer gegebenen Flächenverringerung, die allgemein als Verzug bekannt ist, nimmt die Walzentrennkraft, die dazu neigt, die Walzen zu biegen, linear mit dem Walzenradius R gemäß Gleichung (3.20) zu.

Daher kann die Biegedurchbiegung der Walzen durch die Verwendung großer Antriebswalzen nicht sehr effektiv und wirtschaftlich gesteuert werden. Eine bessere und kostengünstigere Möglichkeit, die Walzendurchbiegung zu reduzieren, ist die Verwendung von Stützwalzen.

In dieser Abbildung werden zwei verschiedene Methoden zur Verwendung der Stützrollen gezeigt. Da die Rollentrennkraft vom Radius der Antriebsrollen abhängt, werden diese immer klein gehalten, während die Gegenrollen zur Erhöhung der Steifigkeit mit einem größeren Radius versehen werden.

jedoch eine gewisse Menge an Walzenbiegung ist unvermeidbar, aber durch diesen nicht mit zylindrischen Rollen versorgt werden können (Fig. 3.36a), die unter der Walzkraft, zu biegen, wodurch ein gleichmäßiger Spalt zwischen den Walzen (Abb. 3.36b). Die in Abb. 3.36a gezeigten Walzen werden Walzen mit konvexer Wölbung genannt. Bei ungewölbten Walzen liegt die Dicke des gewalzten Bandes eher in der Mitte, wie in Abb. 3.36c erläutert. Betrachtet man die Rollen als dicke, kurze Balken, die einfach an den Enden abgestützt sind, kann die Durchbiegung in der Mitte ausgedrückt werden als-

Die typischen Werte von λ₁ und λ₂ sind 1,0 und 0,2 für einen Streifen der Breite l und 0,5 und 0,1 für einen Streifen der Breite l/2.

Das Vormaterial für ein Walzwerk hat normalerweise einen rechteckigen Querschnitt, der je nach Größe als Vorblock oder Knüppel bezeichnet wird. Um nach dem Walzen einen anderen Querschnitt zu erhalten, muss der Auftrag mehrere Stiche mit Formwalzen mit sich allmählich ändernder Geometrie durchlaufen. Abb. 3.37 zeigt zum Beispiel, wie sich die Geometrie des Spaltes zwischen zwei Walzen verändert, wenn aus einem quadratischen Knüppel ein runder, dünner Stab hergestellt wird.

Rollen werden normalerweise aus gegossenem oder geschmiedetem Stahl hergestellt. Legierte Gusseisen werden manchmal verwendet, um die Kosten zu senken. Überlegene Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften können durch die Verwendung von speziellem legiertem Stahl erreicht werden, der offensichtlich teurer ist. Warme Walzen werden aufgerauht (manchmal sogar gekerbt), um bei der Arbeit einen guten Biss zu erzielen, während kalte Walzen geschliffen werden, um eine feine Oberfläche zu erhalten, um dem Endprodukt ein gutes Finish zu verleihen.

Zu den Hauptparametern des Walzens gehören – (i) der Temperaturbereich (beim Warmwalzen), (ii) der Zeitplan für die Walzgeschwindigkeit und (iii) die Aufteilung der Abstriche auf verschiedene Stiche. All dies beeinflusst wiederum die Maßhaltigkeit des Produkts sowie seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften.

Vorgang # 2. Schmieden :

Es gibt viele Variationen des grundlegenden Schmiedevorgangs, und die am häufigsten praktizierten sind:

(i) Schmiedeschmieden:

Schmiedeschmieden ist wahrscheinlich das älteste Metallbearbeitungsverfahren. Dabei wird einem heißen Werkstück mit Handwerkzeugen und Hämmern die gewünschte Form gegeben. Heutzutage werden kraftbetriebene Hämmer verwendet, um die wiederholten Schläge auszuführen. Der Amboss und der Hammer sind meist flach und die gewünschte Form (natürlich mit begrenzten Varianten) wird durch eine Manipulation der Arbeit zwischen den Schlägen erreicht.

(ii) Gesenkschmieden:

Beim Gesenkschmieden werden Stoßbelastungen (Schläge) auf das Werkstück ausgeübt, um einen Metallfluss zu bewirken, um den durch die beiden Hälften des geschlossenen Gesenks gebildeten Hohlraum aufzufüllen. Um eine vollständige Befüllung zu gewährleisten, wird normalerweise ein Überschuss an Material bereitgestellt. Dieses überschüssige Material fließt in Umfangsrichtung aus, um einen Grat zu bilden, der anschließend getrimmt wird. Wenn die Produktgeometrie kompliziert ist, kann ein Satz Matrizen erforderlich sein, um die endgültige Form zu erhalten.

(iii) Presseschmieden:

Anstelle der wiederholten Schläge wird beim Pressschmieden eine allmähliche Kraft ausgeübt. Abhängig von der Komplexität des Auftrags kann jedoch ein Satz Matrizen erforderlich sein, um das Endprodukt zu erhalten. Es ist offensichtlich, dass hier die Ausrichtung der beiden Gesenkhälften ein geringeres Problem darstellt als beim Gesenkschmieden. Da der Vorgang in einem Hub abgeschlossen ist, muss dafür gesorgt werden, dass die Luft und überschüssiges Werkzeugschmiermittel entweichen.

(iv) Umgekipptes Schmieden:

In vielen Fällen muss nur ein Teil des Jobs gefälscht werden. Ein gängiges Beispiel ist das Schmieden des Schraubenkopfes an einem Ende einer Stange. Ein solcher lokalisierter Schmiedevorgang ist allgemein als Stauchen bekannt. Der Stauchvorgang kann sowohl geschlossen als auch offen sein, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. 3.38a bzw. 3.38b. Der Vorgang beinhaltet eindeutig eine Längspressung des Stangenmaterials.

Um ein Knicken zu vermeiden, sind daher folgende Regeln bezüglich der freitragenden zu schmiedenden Länge zu beachten:

(a) Bei einer offenen Operation sollte die Länge des nicht unterstützten Teils (l) 3d nicht überschreiten, wobei d der Durchmesser des Jobs ist.

(b) Wenn l 3d überschreitet, sollte ein geschlossener Vorgang mit einem Matrizendurchmesser D ≤ 1,5 d durchgeführt werden.

(c) Wenn während eines geschlossenen Vorgangs die freitragende Länge über die Matrizenkavität (Abb. 3.38c) um einen Betrag l₁ . hinausragt , dann l₁ ≤ d.

(v) Gesenkschmieden:

Gesenkschmieden ist eine spezielle Variante des Schlagschmiedens, bei der die wiederholten Schläge durch eine radiale Bewegung geformter Gesenke erzielt werden. Dieser Vorgang wird im Allgemeinen zum Reduzieren des Durchmessers und zur Verjüngung von Stangen und Rohren verwendet.

(vi) Walzenschmieden:

Das Walzenschmieden erfolgt mit zwei halbrunden, genuteten Walzen, die von zwei parallelen Wellen gehalten werden. Das Verfahren dient der Reduzierung des Durchmessers von Stäben. Das erwärmte Werkstück wird in geöffneter Position zwischen die Gesenke gelegt. Nach einer halben Umdrehung der Rollen wird das Werkstück ausgerollt. Es wird dann in die kleinere Nut gelegt und der Vorgang fortgesetzt, bis das gewünschte Maß erreicht ist.

Es ist offensichtlich, dass das Gesenk eine der kritischsten Komponenten des Schmiedevorgangs ist, und daher hängt der Erfolg des Prozesses stark von der Gestaltung des Gesenks ab.

Die grundlegenden Eigenschaften eines Schmiedegesenks sind wie folgt (siehe auch Abb. 3.41):

(i) Um den Metallfluss um die Ecken herum zu erleichtern, sollte immer ein richtiger Rundungsradius bereitgestellt werden. Dies trägt auch dazu bei, übermäßigen Werkzeugverschleiß und Metallbruch in der Nähe der Ecken zu verhindern.

(ii) Wie bei einem Formmodell sollten auch hier alle vertikalen Oberflächen eine geeignete Formschräge erhalten, damit der Auftrag leicht von der Matrize entfernt werden kann.

(iii) Wie bereits erwähnt, sollte ein Freiraum um die Kanten der Form vorgesehen werden, um überschüssiges Material, bekannt als Grat, aufzunehmen. Um diesen Blitz zu empfangen, wird empfohlen, eine Blitzrinne bereitzustellen.

Beim Warmschmieden sollten die Gesenkabmessungen die Schrumpfzugabe enthalten (um die Kontraktion des Produkts nach dem Abkühlen auszugleichen), da das geschmiedete Produkt normalerweise keiner anschließenden Gesamtbearbeitung unterzogen wird. Das Schmiedegesenk besteht normalerweise aus legiertem Stahl mit hohem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt, da es großen Arbeitsbelastungen ausgesetzt ist. Die Härte (R_c ) der Matrize liegt normalerweise im Bereich von 45-60.

Vorgang # 3. Zeichnung:

Der Ziehvorgang wird hauptsächlich zum Reduzieren des Durchmessers von Stäben und Drähten verwendet. Die Ziehgeschwindigkeit variiert von 10 m / min für einen großen Durchmesser bis 1800 m / min für einen sehr dünnen Draht. Um den Vorgang zu beginnen, wird das Anfangsende des Materials auf einen kleineren Durchmesser gesenkt, um das Einführen in die Matrize zu erleichtern.

Außerdem wird der Vorgang mit geringer Geschwindigkeit gestartet, um jegliche Aufprallaktionen zu vermeiden. Bei großen Untersetzungen kann die Operation in mehreren Durchgängen durchgeführt werden. Da durch die kontinuierliche Kaltumformung genügend Wärme erzeugt wird, kann es erforderlich sein, die Matrize mit Wasser zu kühlen. Manchmal wird ein Rohr auch durch eine Ziehmatrize gezogen, und in diesem Fall wird der Vorgang als Senken bezeichnet.

Normalerweise wird eine große Matrize entweder aus Hartstahl oder Schnellarbeitsstahl hergestellt, während für eine mittelgroße Matrize Wolframkarbid verwendet wird. Zum Ziehen eines feinen Drahtes besteht die Matrize aus Diamant.

Vorgang # 4. Tiefziehen:

Aus unserer Beschreibung der Mechanik des Tiefziehverfahrens ist ersichtlich, dass versucht werden sollte, das Blech so weit wie möglich in die Matrize einzuziehen. Dies trägt dazu bei, das Ausdünnen der Becherwand zu minimieren. Folglich verringert sich der Außenumfang des Rohlings, was eine Druckringspannung verursacht, die, wenn sie einen Grenzwert überschreitet, zu einer plastischen Faltenbildung des Topfflansches führen kann. Diese Falten lassen sich im Nachhinein nicht mehr ausbügeln, können aber durch die Verwendung eines Niederhalters vermieden werden.

Allerdings verhindert ein übermäßiger Druck vom Niederhalter ein leichtes Einziehen des Materials in die Matrize. Wenn das Ziehverhältnis (definiert als r_j /r_d ) nicht mehr als 1,2 beträgt, kann der Vorgang auch ohne Niederhalter durchgeführt werden. Je nach Blechdicke und Matrizenprofil können höhere Werte des Ziehverhältnisses erreicht werden, wie in Abb. 3.43 dargestellt.

Wenn das Verhältnis des Rohlingsdurchmessers zum endgültigen Topfdurchmesser zu groß ist, wird die Operation in mehr als einem Schritt durchgeführt. Die aufeinanderfolgenden Zeichenvorgänge nach dem ersten werden als Neuzeichnen bezeichnet. Die Abbildungen 3.44a und 3.44b zeigen zwei typische Neuzeichnungsoperationen. Der in Abb. 3.44b gezeigte Vorgang wird als umgekehrtes Nachziehen bezeichnet, weil dabei der ursprünglich gezogene Becher umgestülpt wird. Dieser Vorgang scheint eine strengere Bearbeitung des Materials zu beinhalten als der herkömmliche Nachziehvorgang.

Die tatsächliche Situation ist jedoch genau das Gegenteil, wie jetzt erläutert. Beim konventionellen Nachziehen (Abb. 3.44a) biegt sich das Material in entgegengesetzter Richtung um den Niederhalter und die Matrizenecken. Andererseits in umgekehrter Zeichnung (Abb. 3.44b); das Material biegt sich nur in eine Richtung, nämlich entlang der äußeren und der inneren Werkzeugecken. Im Extremfall kann die Matrize mit einer runden Kante versehen werden, wie in Abb. 3.44c gezeigt, was zu einer geringeren Materialbearbeitung führt.

Da während des anfänglichen Vorgangs eine gewisse Kaltverfestigung stattfindet, wird normalerweise ein Glühen (um die Duktilität wiederherzustellen) empfohlen, bevor mit dem Nachziehvorgang begonnen wird.

Im Allgemeinen ist der Metallfluss nicht gleichmäßig im gesamten Werkstück und in den meisten Fällen müssen die gezogenen Teile beschnitten werden, um das unerwünschte Metall zu entfernen. Ein solches Besäumen kann entweder handgeführt oder mit einem separaten Besäumwerkzeug erfolgen.

Das Ablösen des Auftrags vom Stempel kann erreicht werden, indem eine leichte Vertiefung in die Unterseite der Ziehmatrize eingearbeitet wird. Beim Rückhub wird der Stempeldruck aus dem Becher genommen; als Ergebnis neigt der gezogene Becher dazu, zurückzufedern. Aufgrund dieser Wirkung verhindert die Aussparung, dass sich der gezogene Becher während seines Aufwärtshubs mit dem Stempel mitbewegt.

Vorgang # 5. Biegen:

Die von uns gegebene Analyse des Biegevorgangs ist nur anwendbar, wenn Ecken in einem Blech hergestellt werden müssen. Durch diesen Vorgang können jedoch auch kompliziertere Formen erhalten werden. Im Allgemeinen kann eine solche Operation mehr als eine Stufe erfordern. Zur Herstellung einer komplexen Form wird der Biegevorgang kontinuierlich unter Verwendung einer Reihe von konturierten Walzen durchgeführt. Laufrollen werden bei Bedarf verwendet, um den Auftrag von der Seite während der Herstellung einer solchen Form zu pressen.

Rohre und andere Hohlprofile können auch gebogen werden, indem der Auftrag mithilfe einer Abstreifrolle um einen Formblock gewickelt wird. Weist die Wischwalze eine konstante Krümmung auf, kann sie im Zentrum der herzustellenden Krümmung angelenkt sein. Abbildung 3.48 erklärt einen solchen Vorgang zum Biegen eines Rohres. Das Kollabieren des Rohres kann verhindert werden, indem der Innenraum mit etwas Füllmaterial, z. B. Sand, gefüllt wird. Die selbsterklärenden Diagramme zum Biegen von Rohren.

Vorgang # 6. Extrusion:

Extrusion ist eines der potenziellsten und nützlichsten Metallbearbeitungsverfahren und weist eine Vielzahl von Variationen in der Anwendung auf. Es kann sowohl unter heißen als auch unter kalten Bedingungen durchgeführt werden. Das Heißfließpressen trägt zur Reduzierung der Arbeitsbelastung (insbesondere bei hochfesten Materialien) bei, wirft jedoch mehr Probleme auf, wie beispielsweise die Kühlanordnung und einen schnellen Werkzeugverschleiß.

Aus der Analyse für einen einfachen Vorwärtsextrusionsprozess, die wir bereits gegeben haben, ist klar, dass bei diesem direkten Prozess der gesamte Knüppel vorwärts bewegt werden muss, was zu einem großen Reibungsverlust und hohen Arbeitslast. Als Folge dieser hohen Arbeitsbelastung ist der Behälter hohen radialen Belastungen ausgesetzt.

Die vorstehenden Schwierigkeiten können vermieden werden, indem ein Rückwärtsextrusionsverfahren verwendet wird, bei dem der Barren stationär bleibt. Somit fehlt die Reibungskraft zwischen dem Barren und dem Behälter und wirkt nur an der Schnittstelle zwischen Form und Behälter. Die Größe der letzteren ist viel geringer als die der Reibungskraft, die bei einem Vorwärtsextrusionsverfahren angetroffen wird. Dadurch wird der Arbeitsaufwand reduziert und ist zudem unabhängig von der Knüppellänge.

Rohrprofile können auch unter Verwendung eines Dorns zusammen mit dem Stößel extrudiert werden, wie in Abb. 3.51 dargestellt. Je nach Ausgangsform des Rohlings können sowohl offene (Abb. 3.51a) als auch geschlossene (Abb. 3.51b) Endprodukte erhalten werden. Der Dorn kann entweder am Stößel oder an einem separaten Körper befestigt werden, wie in Abb. 3.51c dargestellt.

Dünnwandige Dosen können durch Fließpressen erhalten werden. Dieser Prozess ist auf weiche und duktile Materialien beschränkt und wird normalerweise unter kalten Bedingungen durchgeführt.

Anstatt den Knüppel direkt durch den Stößel zu belasten, kann ein flüssiges Medium verwendet werden, wie in Abb. 3.53a dargestellt. Dieses Verfahren ist als hydrostatische Extrusion bekannt; hier entfällt der Reibungsverlust an der Schnittstelle Knüppel-Behälter.

Eine leichte Variation dieses Verfahrens bietet die Möglichkeit, ein relativ sprödes Material zu extrudieren. Dabei wird, abgesehen von dem großen hydrostatischen Druck, der auf den Knüppel ausgeübt wird, das Produkt in der Aufnahmekammer unter einem niedrigeren Druck gehalten (etwa die Hälfte des auf den Knüppel ausgeübten Drucks). Wie in Abb. 3.53b gezeigt, unterliegt das Material geringeren Dehnungsgradienten. Bei diesem Verfahren ist es möglich, sehr große Objekte herzustellen. Da das Verfahren jedoch von Natur aus langsam ist, ist seine Anwendung begrenzt.

Um einen Auftrag mit einer komplexen Form mit ungleichmäßigem Querschnitt zu produzieren, kann die Extrusion mit geschlossener Kavität mit einer geteilten Düse verwendet werden. Der Prozess ähnelt dem Gesenkschmieden und ist in Abb. 3.53c dargestellt.

Alle Knüppel sind normalerweise mit einer Oxidschicht bedeckt. Während eines normalen Extrusionsprozesses kann diese Oxidschicht in den Kern des Produkts gezogen werden (wodurch seine Festigkeitseigenschaften verringert werden), es sei denn, eine laminare Strömung während der plastischen Verformung ist gewährleistet. Zwischen Knüppel, Matrize und Behälter sollten nicht nur Schmiermittel verwendet werden, um die Arbeitsbelastung zu reduzieren, sondern auch um die Strömung laminar zu halten. Dadurch bildet die Außenfläche des Knüppels die Haut des Produkts. Dieses Prinzip des Aufrechterhaltens der Oberflächenschicht wird auch bei einer Heißextrusion von hochfesten Materialien und plattierten Produkten verwendet, wie jetzt erörtert.

Der Temperaturbereich des Knüppels beim Warmfließpressen von Stählen beträgt 1200-1500°C. Die Matrize muss bei einer niedrigeren Temperatur (ungefähr 200°C) gehalten werden, um eine übermäßige Abnutzungsrate zu vermeiden. Als Schmiermittel werden normalerweise Glasfasern (oder Pulver) verwendet, da die Viskosität von Glas temperaturempfindlich ist. Somit ist die Viskosität an der Düsenoberfläche hoch, was einen guten Schutz vor Düsenverschleiß bietet und die Bildung einer Glashaut (etwa 0,025 mm dick) auf dem Produkt erleichtert. Gleichzeitig wird der Arbeitsaufwand reduziert, da die Viskosität des Glases an der Schnittstelle Knüppel-Behälter viel niedriger ist.

Eine weitere nützliche Anwendung dieses Hüllverfahrens ist die Herstellung eines radioaktiven Kernbrennstabs aus beispielsweise Uran und Thorium. Der Stab ist aus Kupfer oder Messing konserviert, die beide weniger reaktiv gegenüber atmosphärischen Gasen sind und den Brennstab vor Oxidation und anderen Arten von Verunreinigungen schützen. Der Knüppel wird mit der Abdeckung aus einem Plattierungsmaterial vorbereitet.

Vorgang # 7. Stanzen und Stanzen:

Obwohl Stanzen und Stanzen die gebräuchlichsten Blechbearbeitungsvorgänge sind, bei denen die Metallstreifen abgeschert werden, gibt es andere ähnliche Vorgänge wie (i) Kerben, (ii) Einschneiden, (iii) Schlitzen, (iv) Knabbern und (v) Trimmen.

Beim Ausklinken wird Material von der Seite eines Blechs entfernt, während beim Stanzen Schnitte auf halbem Weg durch das Metall vorgenommen werden, ohne dass Ausschuss entsteht. Das Einstechen wird häufig mit dem Biegen kombiniert, um Laschen zu bilden. Längsschneiden ist ein Vorgang, bei dem ein gewickeltes Blech der Länge nach geschnitten wird, um schmalere Streifen zu erzeugen.

Beim Nibbeln werden komplizierte Formen aus einem Blech ausgeschnitten, indem überlappende Kerben entweder von der äußeren Begrenzung oder von einem gestanzten Loch aus erzeugt werden. Ohne Spezialwerkzeug wird ein einfacher runder oder dreieckiger Stempel mit kleinen Abmessungen an einer festen Stelle hin- und herbewegt. Das Blech wird geführt, um die gewünschte Schnittform zu erhalten. Trimmen bezieht sich auf das Entfernen des überschüssigen Materials in einem Flansch oder Grat.

Um die Betriebszeit und die Kosten zu reduzieren, spielt das Design von Matrize und Stempel zum Stanzen eine äußerst wichtige Rolle. Eine typische einfache Stanz-Stanz-Kombination. Eine genaue relative Position des Stempels und der Matrize wird mit Hilfe eines Satzes von Führungspfosten aufrechterhalten. Der Abstreifer hilft beim Entfernen des Blechwerkstücks vom Stempel während des Rückhubs, während die federbelasteten Abdrückstifte beim Entfernen des Rohlings von der Stempelfläche helfen. Der Abstreifer dient auch als Niederhalter, um ein Ziehen zu verhindern.

Um Raum und Zeit zu optimieren, können mehrere Arbeitsgänge in einem Hub ausgeführt werden, wobei mehr als ein Satz Matrize und Stempel in derselben Baugruppe verwendet werden (Abb. 3.56). Eine solche Anordnung ist allgemein als Verbunddüse bekannt. Zu beachten ist, dass sich in Abb. 3.56 Stanzstempel und Matrize in der umgekehrten Position befinden. Es versteht sich von selbst, dass vor dem Stanzen das Lochen des Innenlochs durchgeführt werden muss. Manchmal wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auch eine Kombination aus Ziehen (oder Biegen) und Stanzen verwendet.

In der vorstehenden Situation wird mehr als eine Operation an nur einem Ort durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, eine Reihe von Stanzelementen an unterschiedlichen Stellen einzusetzen. Dabei wird an jeder Station ein Arbeitsgang durchgeführt und das Metallmaterial zur nächsten Station transportiert. Somit ist ein Dauerbetrieb möglich. Eine solche Anordnung von Gesenken wird Folgegesenk genannt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Stanzvorgang besteht darin, den Ausschuss durch eine optimale Layoutgestaltung (auch als Nesting bezeichnet) zu minimieren. Dies ist schematisch in Abb. 3.58 dargestellt. Die Einschränkungen des Layouts sind in Abb. 3.58b dargestellt. Der minimale Abstand zwischen der Kante des Zuschnitts und der Seite des Bandes wird als g =t + 0,015 h angegeben, wobei t die Dicke des Bandes und h die Breite des Zuschnitts ist.

Der Abstand zwischen den Kanten zweier aufeinanderfolgender Zuschnitte (b) hängt von der Banddicke t ab. Tabelle 3.1 zeigt die verschiedenen Werte von b. Manchmal wird die relative Richtung des Kornflusses (bei Verwendung eines Walzbandes als Material) in Bezug auf den Rohling angegeben. In einem solchen Fall geht die Verschachtelungsfreiheit fast verloren.

Bei einem runden Rohling kann eine gewisse Einsparung beim Ausschuss nur durch die Auswahl mehrerer Reihen erreicht werden.

Vorgang # 8. Hochenergie-Umformprozesse:

Bei allen von uns besprochenen Umformprozessen werden die konventionellen Energiequellen verwendet. Darüber hinaus können Energiequellen wie chemische, magnetische und elektrische Entladungen verwendet werden. Da bei all diesen Prozessen die Energieflussrate viel höher liegt, werden diese gemeinhin als High-Energy-Rate (HER)-Prozesse bezeichnet. Da die kinetische Energie eines sich bewegenden Körpers proportional zum Quadrat seiner Geschwindigkeit ist, kann eine große Energiemenge von einem relativ kleineren Körper geliefert werden, der sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt.

Beispiel:Eine Presse mit einer Kapazität von 500 kN, die sich über eine Distanz von 0,15 m bewegt, liefert eine Energie von 75 kJ. Ungefähr die gleiche Energiemenge kann ein Hammer mit einem Gewicht von 42 kN abgeben, wenn er mit einer Geschwindigkeit von 6 m / s auf das Werkstück aufschlägt. Eine nur 26 N schwere Wasserfront, die durch eine Sprengladung mit einer Geschwindigkeit von bis zu 240 m / s bewegt wird, kann jedoch die gleiche Energiemenge liefern. Dieses Prinzip kann bei der Herstellung kleiner Maschinen und Geräte verwendet werden.

Betrachten wir nun die Energiefreisetzungsrate in den drei erwähnten Fällen. Im ersten Fall beträgt der typische Zeitaufwand etwa 0,5 Sekunden, was einer Leistung von 150 kW entspricht. Der Fallhammer braucht etwa 0,06 Sekunden, um zur Ruhe zu kommen, und die Leistung beträgt 1,25 MW. Der Sprengvorgang ist in etwa 0,0007 Sekunden abgeschlossen, was einer Leistung von 107 MW entspricht. Dies deutet darauf hin, dass der letzte Fall nicht nur die kompakteste, sondern auch die leistungsstärkste Maschine ergibt. Hochgeschwindigkeitsformvorgänge, nämlich Explosions- und Elektroerosionsformung, basieren auf dem vorstehenden Prinzip.

Wir besprechen jetzt t die drei gängigen HER-Prozesse:

i. Sprengumformung :

Abbildung 3.60 zeigt zwei Schemata der Sprengstoffbildung. Bei beiden wird eine Stoßwelle im flüssigen Medium (normalerweise Wasser) durch die Detonation eines Sprengstoffs erzeugt aufladen.

Für einen kleinen Teil wird die gesamte Stoßwellenfront auf engstem Raum genutzt, während für ein großes Objekt nur ein Teil der Wellenfront genutzt wird. Offensichtlich ist der uneingeschränkte Betrieb weniger effizient. Aufgrund der unvermeidlichen fehlenden Kontrolle bei der Explosionsumformung besteht jedoch eine größere Gefahr eines Werkzeugversagens im geschlossenen Betrieb.

Zu den typischen Sprengstoffen gehören TNT und Dynamit für höhere Energie und Schießpulver für niedrigere Energie. Mit Sprengstoff direkt über dem Werkstück, Drücke bis 35 kN / mm ² erzeugt werden kann. Bei geringen Sprengstoffen sind die Drücke auf 350 N / mm ² . begrenzt .

Mit Wasser als Übertragungsmedium ergibt sich für den erhaltenen Spitzendruck p –

Der Abstand zwischen der Sprengladung und der freien Wasseroberfläche (bei
unbegrenzter Formung) sollte mindestens das Doppelte des Abstands betragen. Andernfalls geht viel Energie verloren, was die Effizienz des Betriebs verringert. Mit verschiedenen Werkzeugtypen können wir eine Vielzahl von Formen formen. Generell sind die Auswirkungen des Prozesses auf die Materialeigenschaften ähnlich wie bei der konventionellen Umformung.

ii. Elektrohydraulisches Umformen :

Elektrische Entladung in Form von Funken kann anstelle von Sprengstoff auch verwendet werden, um eine Stoßwelle in einer Flüssigkeit zu erzeugen. Ein Vorgang, der dieses Prinzip der Erzeugung einer Stoßwelle verwendet, wird als elektrohydraulisches Umformen bezeichnet. Die Eigenschaften dieses Prozesses sind denen der Sprengumformung sehr ähnlich. Die Kondensatorbank wird über die Ladeschaltung aufgeladen; anschließend wird der Schalter geschlossen, was zu einem Funken innerhalb der Elektrodenlücke führt, um die Kondensatoren zu entladen.

Das Energieniveau bei diesem Prozess ist niedriger als bei der Explosionsformung. Der über dem Werkstück entwickelte Spitzendruck ist eine Funktion der (durch den Funken) abgegebenen Energiemenge und des Abstands.

iii. Elektromagnetisches Umformen :

Wie beim elektrohydraulischen Umformen wird auch beim elektromagnetischen Umformen die elektrische Energie zunächst in einer Kondensatorbank gespeichert. Diese Energie wird dann durch Schließen des Schalters über eine Spule abgeleitet. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld; die Intensität dieses Feldes hängt vom Wert des Stroms ab. Da sich das metallische Werkstück in diesem (mit der Zeit variierenden) Magnetfeld befindet, wird in der Arbeit ein Strom induziert, der ein eigenes Magnetfeld aufbaut.

Die Richtungen dieser Felder sind so, dass die starr gehaltene Spule das Werkstück in die Matrize abstößt. Das Werkstück muss selbstverständlich elektrisch leitfähig, aber nicht magnetisch sein. Eine kurze Lebensdauer der Spule ist das Hauptproblem bei einem solchen Vorgang.

Vorgang # 9. Prägen:

Das Prägen ist ein Gesenkschmiedevorgang, der dünnen und flachen Werkstücken die gewünschte Dickenvariation (aufgrund seitlicher Beschränkungen) verleiht. Wie der Name schon sagt, wird dieses Verfahren häufig bei der Herstellung von Münzen und anderen ähnlichen Objekten verwendet, die einen genau definierten Abdruck der Stempelfläche erfordern.

Vorgang # 10. Gewinderollen:

Für eine Massenproduktion von Gewindegegenständen, z. B. Bolzen und Schrauben, können zwei flache, sich hin- und herbewegende Matrizen (oder gegenläufig rotierende Gewinderollen) verwendet werden, um das Gewinde in das Werkstück durch Kunststoff zu erhalten Verformung. Dies ist im Grunde ein Rollvorgang, daher der Name Gewinderollen.

Vorgang # 11. Röhrenpiercing :

Die Herstellung von nahtlosen Rohren ist sehr wichtig und wird üblicherweise durch einen Rohrdurchstechvorgang erreicht. Bei diesem Vorgang wird ein massives Stangenmaterial mittels zweier gegenläufig rotierender Schrägrollen gezwungen, an einem Ende über einen Dorn zu fließen. Die Geschwindigkeit und die Neigung der Walzen bestimmen die Vorschubgeschwindigkeit. Dieser Vorgang wird in einem heißen Zustand durchgeführt.

Das gleichzeitige Zusammendrücken und Drehen der Walzen verformt das Material in eine elliptische Form und entwickelt einen Riss entlang der Hauptachse. Durch eine weitere Drehung des verformten Materials dehnt sich der Riss aus und verwandelt sich in ein Loch, das schließlich durch den Dorn geformt und bemessen wird.

Vorgang # 12. Spinnen :

Im Schleuderverfahren wird aus einem Blech ein Objekt mit Rotationsfläche hergestellt. Die Platine wird gegen eine rotierende Formmatrize gehalten und die Blechplatine mit einem speziell geformten Werkzeug oder einer Rolle über diese Matrize gelegt. Findet während des Betriebs eine gleichzeitige Ausdünnung des Bleches statt, spricht man von einem Scherspinnen.

Vorgang # 13. Streckformen :

Beim Biegen von Blechen entsteht immer eine Druckspannung, die unter Umständen groß genug sein kann, um lokales Knicken oder Falten zu verursachen. Solche Probleme können vermieden werden, indem das Metallband während des Betriebs unter Spannung gehalten wird. Dieser Vorgang des gleichzeitigen Streckens und Biegens wird als Streckziehen bezeichnet.