2 - Umformen und Zerteilen

Question 1

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 1.01

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Nach welchen Merkmalen werden die Umformverfahren gegliedert?

Was verstehen Sie unter Zugdruckumformen?

Answer 1

Die Umformverfahren werden nach der

• Art der Beanspruchung und
• Art der Hauptbewegung gegliedert.

Zugdruckumformen ist Umformen unter gleichzeitiger Wirkung von

• Zug- und
• Druckbeanspruchung, wobei die Druckbeanspruchung dominiert.

Question 2

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 1.02

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Welches bei der Verfahrensgliederung nicht berücksichtigte Merkmal

hat für die praktische Durchführung besondere Bedeutung und

welche Bereiche können danach unterschieden werden?

Answer 2

Besonderen Einfluss hat die Umformtemperatur.

Danach wird zwischen Kaltumformung (unterhalb) und

Warmumformung (oberhalb der Rekristallisationstemperatur) unterschieden.

In der Praxis ist auch die Unterscheidung zwischen Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung üblich.

Question 3

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 1.03

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Wodurch unterscheidet sich das Frei- vom Gesenkformen und

welche wirtschaftlichen Konsequenzen hat das?

Answer 3

• Beim Freiformen werden universelle,
• beim Gesenkformen spezielle formgebundene Werkzeuge benutzt.
• Dadurch bedingt ist die Fertigungszeit beim Gesenkschmieden wesentlich ge-

ringer, so dass oberhalb bestimmter wirtschaftlicher Mindeststückzahlen die

höheren Werkzeugkosten kompensiert werden und das

Gesenkschmieden kostengünstiger wird.

Question 4

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 1.04

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Nennen und begründen Sie die wichtigsten Vorteile

der umformenden Teilefertigung.

Answer 4

Wichtigste Vorteile der umformenden Teilefertigung sind

• sehr hohe Produktivität,
• hohe Materialausnutzung und
• günstige Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften.

Question 5

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.01

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Worauf beruhen die Gleitvorgänge beim Umformen?

Answer 5

Gleitvorgänge beim Umformen beruhen auf dem Wandern von Versetzungen.

Question 6

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.02

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Was verstehen Sie unter Hauptspannungen,

und wie werden diese bezeichnet?

Answer 6

Wird ein Koordinatensystem gewählt, bei dem sich aus den äußeren Belastungen keine Schubspannungen ergeben, stellen die Normalspannungen Extremwerte dar, die Hauptspannungen heißen.

Sie werden mit σ₁, σ₂ und σ₃ bezeichnet und nach der algebraischen Größe
geordnet, so dass σ₁ ≥ σ₂ ≥ σ₃ ist, wobei Zugspannungen positives und Druckspannungen negatives Vorzeichen tragen.

Question 7

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.03

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

• Wie lautet die Fließbedingung?
• Wie groß müssen die Hauptspannungen σ1 und σ3 sein,

damit ein Werkstoff mit der Umformfestigkeit kf = 300 N/mm2

bei einem Vorgang mit σ2 = σ3 = –3σ1 zum Fließen gelangt?

Answer 7

Die Fließbedingung lautet σv ≥ kf,

d. h., die wirkende Vergleichsspannung muss die Umformfestigkeit erreichen, damit der Werkstoff plastisch verformt wird („fließt“).

Wegen σ2 = σ3 gilt Gl. (2.15):

• σv = σ1 –σ3 = kf
• σv = σ1 – (–3σ1) = 4σ1 = 300 N/mm2
• σ1 = 75 N / mm2; σ3 = – 3σ1 = – 225 N/mm2 .

Question 8

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.04

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Es ist ein Kaltumformteil aus Stahl ρ = 7,8 kg/dm3

mit der Masse m = 1,5 kg

aus einem kreisförmigen Stangenabschnitt mit d = 60 mm herzustellen.

Wie groß muss die Anfangslänge l₀ sein?

Answer 8

(1,5 / 7,8) * 1000 = 192,31 (Abrunden)

(192 * 4)* 1000 /(60^2)*T= 67,9mm

Question 9

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.05a

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Ein Quader mit den Abmessungen

• l₀ = 50 mm,
• b₀ = 40 mm und
• h₀ = 60 mm

wird auf die Abmessungen

• l₁ = 75 mm und
• b₁ = 60 mm gestaucht.

a) Berechnen Sie h1, die drei Hauptumformgrade

und den Vergleichsumformgrad.

Answer 9

a) Entsprechend der Volumenkonstanz (Gl. 2.20) gilt
V₀ = V₁ = 50 mm ⋅ 40 mm ⋅ 60 mm = 75 mm ⋅ 60 mm ⋅ h₁ .

Nach Gleichungsumstellung ergibt sich die gesuchte Höhe h1 = 26,7 mm.

Die Hauptumformgrade und Vergleichsumformgrade berechnen sich zu
75
ϕ ₁ =ln = ____ = 0,405

50

₆₀

ϕ _b =ln _____ = 0,405

⁴⁰

_26,7

ϕ _h =ln ______ =−0,81

⁶⁰

Wegen ϕ1 = ϕ2 gilt : ϕv = ϕg = |ϕh| = 0,81.

Question 10

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.05b

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Ein Quader mit den Abmessungen

• l₀ = 50 mm,
• b₀ = 40 mm und
• h₀ = 60 mm

wird auf die Abmessungen

• l₁ = 75 mm und
• b₁ = 60 mm gestaucht.

b) Wie groß ist die Umformfestigkeit kf am Anfang und

am Ende des Vorganges für den Werkstoff C15 und ϕ _v = 0,1 s⁻¹,

wenn die Umformtemperatur im

1. Fall 20 °C und im
2. Fall 1100 °C beträgt?

Answer 10

Umformfestigkeit aus Abb. 2.9 a):

1. Fall 20 °C : k_f0 ≈ 360 N/mm2, k_f1 ≈ 740 N/mm2
2. Fall 1100 °C: k_f0 ≈ 35 N/mm2 , k_f1 ≈ 75 N/mm2.

Question 11

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.05c

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

c) Wie groß sind die ideelle Stauchkraft Fid am Anfang und

am Ende des Vorganges und die ideelle Umformarbeit W_id

bei beiden Temperaturen?

1. 20°C
2. 1.100°C

Answer 11

Ideelle Umformkraft:
F_id = A ⋅ k_f ; A₀ = l₀ ⋅ b₀ = 2000 mm2; A₁ = l1 ⋅ b₁ = 4500 mm2

1. Fall 20 °C: F_id0 = k_f0 ⋅ A₀ = 720 kN
F_id1 = k_f1 ⋅ A₁ = 3330 kN
2. Fall 1100 °C: F_id0 = 70 kN
F_id1 = 337 kN

Ideelle Umformarbeit:

kf0+2 kf1
W_id = V ⋅ k_fm ⋅ ϕ_v ; kfm≈ __________
3

V = 50 ⋅ 40 ⋅ 60 = 120 ⋅ 103 mm3

360+2⋅740
1. Fall 20 °C: W_{i d} ≈120⋅10³ ⋅ __________ * 0,81 = 59616Nm

3

35+2⋅75
2. Fall 1100 °C: W_{i d} ≈120⋅10³ ⋅__________ ⋅0,81=5994Nm.
3

Question 12

FER 2 - Umformen und Zerteilen

Kontrollfrage 2.06

^{<strong>___________________________________________________</strong>}

Was verstehen Sie unter dem Umformvermögen eines

Werkstoffes, und wovon hängt es insbesondere ab?

Answer 12

Unter dem Umformvermögen wird der Vergleichsumformgrad

bei Rissbeginn in der Umformzone verstanden.

Es hängt insbesondere vom

• Spannungsmittelwert,
• der Umformgeschwindigkeit und
• der Umformtemperatur ab.

Question 13

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.01

^{___________________________________________________}

Welches Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre kennen Sie?

Answer 13

Schrägwalzen von Rohren, das die Herstellung eines Rohres aus Vollmaterial ermöglicht.

Question 14

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.02a

^{___________________________________________________}

Ein mehrfach abgesetztes wellenförmiges Teil mit

• d_max = 80 mm und
• l = 400 mm ist herzustellen.

Welche Verfahren sind geeignet?

Welche Verfahren würden Sie bei einer Jahresstückzahl von

a) 100 und wählen und warum?

Answer 14

Wellen dieser Abmessung sind durch

• Querwalzen,
• Freiformschmieden,
• Feinschmieden,
• evtl. Rundkneten und auch
• Gesenkschmieden herstellbar.

Für 100 Stück wäre das Feinschmieden am günstigsten, da es keine formgebundenen Spezialwerkzeuge erfordert und gegenüber dem Freiformschmieden produktiver und genauer ist.

Question 15

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.02b

^{___________________________________________________}

Ein mehrfach abgesetztes wellenförmiges Teil mit

• d_max = 80 mm und
• l = 400 mm ist herzustellen.

Welche Verfahren sind geeignet?

Welche Verfahren würden Sie bei einer Jahresstückzahl von

b) 20.000 Stück wählen und warum?

Answer 15

Wellen dieser Abmessung sind durch

• Querwalzen,
• Freiformschmieden,
• Feinschmieden,
• evtl. Rundkneten und auch
• Gesenkschmieden herstellbar.

Für 20.000 Stück ist das Querwalzen am günstigsten.

Question 16

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.03

^{___________________________________________________}

Nennen Sie drei Verfahren zur umformenden Herstellung von Verzahnungen.

Answer 16

Verzahnungswalzen

• mit Schneckenwerkzeug,
• mit Planetenwalzen,
• Profilwalzen mit zwei Walzen.

Question 17

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.04

^{___________________________________________________}

Wodurch unterscheiden sich Feinschmieden und Genauschmieden?

Answer 17

Als Feinschmieden wird das Rundkneten bei Warmumformtemperatur bezeichnet. Genauschmieden ist Gesenkschmieden mit höherer Genauigkeit.

Question 18

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.05

^{___________________________________________________}

Charakterisieren Sie den prinzipiellen Fertigungsablauf

beim Gesenkschmieden.

Welche Maßnahme ermöglicht eine hohe Materialökonomie?

Answer 18

Prinzipieller Ablauf:

Erwärmen

– Zwischenformung

(Masseverteilung, Biegen, Querschnittsvorbildung)

– Endformung im Gesenk

– Abgraten

– Nachbehandlung

(Wärmebehandeln, Entzundern / Reinigen, Nachprägen).

Gute Masseverteilung ermöglicht hohe Materialausnutzung
durch Gratminimierung

(z. B. Minderung des Werkstoffbedarfsfaktors von 1,6 auf 1,15).

Question 19

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.06

^{___________________________________________________}

Schätzen Sie den Anwendungsbereich des Fließpressens

im Vergleich zum Rundkneten ein.

Welche charakteristische Abgrenzung sehen Sie?

Answer 19

Fließpressen und Rundkneten ermöglichen die Fertigung rotationssymmetrisch abgesetzter Voll- und Hohlkörper auch mit Nebenformelementen im Abmessungsbereich bis etwa 120 mm Durchmesser.

Das Fließpressen ist für größere Längen schlecht geeignet, so dass dort
das Rundkneten günstiger ist.

Question 20

3 - Ausgewählte Verfahren des Druckformens

Kontrollfrage 3.07

^{___________________________________________________}

Es ist ein hülsenförmiges Werkstück mit

• der Länge 80 mm,
• dem Durchmesser 30 mm,
• der Wanddicke 0,1 mm und
• der Bodendicke 1 mm
• aus Aluminium
• in großen Stückzahlen herzustellen.

Von welcher Anfangsform gehen Sie aus und

welches Verfahren wählen Sie?

Answer 20

Napf-Rückwärtsfließpressen ausgehend von Stangenabschnitt bzw. Ronde mit ca. 30 mm Durchmesser.

Question 21

4 - Ausgewählte Verfahren des Zugdruck- und Zugumformens

Kontrollfrage 4.01

^{____________________________________________________________________}

Worin besteht der entscheidende Unterschied zwischen

Tiefzieh- und Streckziehbeanspruchung?

Welche Versagensfälle treten jeweils auf und wie wird ihnen begegnet?

Answer 21

• Tiefziehbeanspruchung:

In der Umformzone (Flansch) liegt radiale Zug- und tangentiale Druckspannung vor, wobei die Druckspannung die betragsmäßig größere ist.

• Bei Streckziehbeanspruchung herrscht zweiachsiger Zug in der Blechebene.
• Mögliche Versagensfälle beim Tiefziehen: Bodenreißer durch Zugspannungen in der Kraft-übertragungszone – deshalb Grenzziehverhältnis nicht überschreiten – Faltenbildung durch tangentialen Druck – deshalb Niederhalter anwenden.
• Versagen beim Streckziehen: Einschnürung und Rissbildung in der Umformzone (Erschöpfen des Umformvermögens) – deshalb Grenzformänderung nicht überschreiten.

Question 22

4 - Ausgewählte Verfahren des Zugdruck- und Zugumformens

Kontrollfrage 4.02

^{____________________________________________________________________}

Aus einer Ronde mit

• D = 200 mm

ist ein zylindrisches Blechgehäuse mit

• d = 80 mm zu fertigen.

Wie viel Züge sind erforderlich, wenn

• β1 = 2,0 und
• β2 = β3 = 1,3 betragen?

Answer 22

Die Anzahl der Züge ergibt sich aus dem Ziehverhältnis
D
β erf = ___ = 2,5 >β1, d. h., es sind mehrere Züge nötig.
d
Mit β1 = 2,0 folgt:

D 200 mm
d1 = ___ = ________ = 100mm
β1 2,0 mm

β_2erf =d1/ d2 = 100 mm / 80mm = 1,25 < β₂, d. h., 2 Züge genügen.

Question 23

4 - Ausgewählte Verfahren des Zugdruck- und Zugumformens

Kontrollfrage 4.03

^{____________________________________________________________________}

Was verstehen Sie unter dem Ziehverhältnis und

wodurch wird es begrenzt?

Answer 23

Unter dem Ziehverhältnis ist das Verhältnis von Ronden- zu Napfdurchmesser beim Ziehen kreiszylindrischer Näpfe zu verstehen.

Wird es größer als das Grenzziehverhältnis, kommt es zum Versagen durch Bodenreißer.

Question 24

4 - Ausgewählte Verfahren des Zugdruck- und Zugumformens

Kontrollfrage 4.04

^{____________________________________________________________________}

Welches Verfahren wenden Sie zur Herstellung unregelmäßiger

Leichtbau-Hohlprofile an?

Answer 24

Unregelmäßige Hohlprofile sollten – ausgehend von rohrförmigen Vorformen – durch Innenhochdruckumformen hergestellt werden.

Question 25

4 - Ausgewählte Verfahren des Zugdruck- und Zugumformens

Kontrollfrage 4.05

^{____________________________________________________________________}

Wie können Rohrverbindungsstücke mit großer örtlicher Ausbauchung

erzeugt werden?

Answer 25

Durch Innenhochdruckumformen mit überlagertem Längsstauchen.

Question 26

5 - Biegen

Kontrollfrage 5.01

^{____________________________________________________________________}

Mit welchem Verfahren würden Sie einen Rohrmantel (z. B. Ofenrohr) herstellen?

Answer 26

Walzrunden, z. B. Drei-Walzen-Rundbiegemaschine.

Question 27

5 - Biegen

Kontrollfrage 5.02

^{____________________________________________________________________}

Welcher Versagensfall tritt beim Biegen auf und

was tun Sie zu seiner Vermeidung?

Answer 27

Rissbildung am Außenrand der Biegestelle. Tangentialen Umformgrad vermindern, d. h., Biegeradius vergrößern.

Question 28

5 - Biegen

Kontrollfrage 5.03

^{____________________________________________________________________}

Sie sollen Leichtbauprofile wie U-, V-, Z-Profile in großen Mengen herstellen. Welches Verfahren wählen Sie?

Answer 28

Regelmäßige Leichtbauprofile in großen Mengen werden durch Walzprofilieren – ausgehend von Bandmaterial – hergestellt.

Question 29

6 - Zerteilen/ Schneiden

Kontrollfrage 6.01

^{____________________________________________________________________}

Welches Verfahren wählen Sie zur Herstellung von Anfangsformen

für das Gesenkschmieden?

Answer 29

Schneiden mit zwei Profilmessern (auf Knüppelschere oder mit Scherwerkzeug auf Presse).

Question 30

6 - Zerteilen/ Schneiden

Kontrollfrage 6.02

^{____________________________________________________________________}

Es sind Unterlegescheiben mit

• d_a = 20 und
• d_i = 10 mm
• in großen Stückzahlen herzustellen.

Welche Schneidvorgänge sind notwendig und

wie werden sie am zweckmäßigsten realisiert?

Answer 30

Notwendige Schneidvorgänge: 1. Lochen, 2. Ausschneiden. Realisierung im Folgeschneidwerkzeug (da Massenfertigung ist mehrreihige Anordnung sinnvoll).

Question 31

6 - Zerteilen/ Schneiden

Kontrollfrage 6.03

^{____________________________________________________________________}

Beim Scherschneiden werden nach der Art der Durchführung

zwei Gruppen von Verfahren unterschieden.

Nennen Sie diese Gruppen und jeweils zwei zugehörige Verfahren.

Answer 31

Schneiden in Werkzeugen,

z. B. Ausschneiden, Feinschneiden und

• *Schneiden auf Scheren,**
  z. B. Ausschneiden mit Kreis- bzw. Kurvenschere und Abschneiden auf Knüppelschere.