Lehrbuch der. Umformtechnik~ Kurt Lange. Band 2 Massivumformung. Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Herausgegeben von

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1 Lehrbuch der Umformtechnik~ Herausgegeben von Kurt Lange Band 2 Massivumformung Verfaßt von R. Dalheimer K. Dieterle K. Gieselberg K. Lange P. Noack W. Pohl Bearbeitet von R. Dalheimer unter Mitwirkung von H. Kaiser Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1974

2 Herausgeber: Dr.-Ing. KuRT LAl'fGE o. Professor an der Universität Stuttgart Institut für Umformtechnik Mit 454 Abbildungen ISBN DOI / ISBN ( ebook) Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wieder gabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Bei Vervielfältigungen für gewerbliche Zwecke ist gemäß 54 UrhG eine Vergütung an den Verlag zu zahlen, deren Höhe mit dem Verlag zu vereinbaren ist. Springer-Verlag Berlin Heide1berg 1974 Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Ber1in Heide1berg New York 1974 Softcover reprint of the bardeover 1st edition Library ofcongress Catalog Card Number: Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

3 Mitarbeiter Dalheimer, Rolf Dieterle, Klaus Gieselberg, Klaus Kaiser, Hartmut Lange, Kurt Pohl, Walter Noack, Peter Dr. -Ing., Fachbereich Produktionsund Verfahrenstechnik der Fachhochschule Harnburg Dipl. -Ing., Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart Dipl. -Ing., Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart Dipl. -Ing., Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart Prof. Dr. -Ing., Institut für Umformtechnik der Uni versttät Stuttgart Dr. -Ing., IKO Software Service GmbH, Stuttgart Dipl. -Ing., Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

4 Vorwort Die Fertigungsverfahren der Umformtechnik werden in der industriellen Produktion in einem vor wenigen Jahrzehnten noch nicht für möglich gehaltenen Ausmaß angewandt. Neben ihr traditionelles Gebiet, die Halbzeugfertigung durch Walzen, Strangpressen, Schmieden, ist die Erzeugung einzelner, ganz oder nahezu einbaufertiger Werkstücke getreten. Hier hat sich insbesondere das Blechteil einen bedeutenden Marktanteil erobert. Maschinen und Einrichtungen, Werkzeugbaustoffe, Werkstückstoffe, Schmierstoffe wurden mit dem Ziel einer Steigerung der Mengenleistung bei gleichzeitig erhöhter Genauigkeit weiter entwickelt. Neue Verfahren traten neben die ständig verbesserten der Massiv- und Blechumformung, wobei bisher unübliche Geschwindigkeiten, Drücke und Temperaturen benutzt werden. Gestützt auf neue Erkenntnisse der Metallkunde, Plastizitätstheorie und Tribologie beschleunigt sich diese Entwicklung der Verfahren der Umformtechnik gegenwärtig noch. Obwohl zahlreiche Zeitschriftenveröffentlichungen hierüber berichten und auch eine Anzahl guter Einzeldarstellungen über theoretische Grundlagen, Maschinen und Verfahren der Umformtechnik vorliegt, fehlt es doch an einer zusammenfassenden Darstellung der Grundlagen und Verfahren, die gleichzeitig den Studierenden und den bereits in der Praxis stehenden Ingenieuren eine Einführung in das Fachgebiet ist und ihm das Grundwissen zur vertieften Behandlung von Einzelfragen vermitteln kann. Die aufgezeigte Lücke mit der angedeuteten Zielsetzung zu schließen, ist das Anliegen des dreiteiligen "Lehrbuches der Umformtechnik", dessen zweiter Band "Massivumformung" hiermit der Öffentlichkeit

5 VI Vorwort vorgelegt wird. Auch der dritte Band "Blechumformung" wird in Kürze folgen, nachdem der erste Band "Grundlagen" im Frühjahr 1972 erschienen ist. Das Gesamtwerk entstand im wesentlichen aus den Vorlesungen über "Umformtechnik" und "Maschinen der Umformtechnik" des Lehrstuhls für Umformtechnik, ergänzt durch Forschungsergebnisse des Institutes für Umformtechnik der Universität Stuttgart (TH) und Auszüge aus dem Fachschrifttum. Der Gesamtumfang und die Breite des Stoffes machten, trotz Beschränkung im wesentlichen auf die Verfahren zur Erzeugung einzelner Werkstücke, die Abfassung des Manuskriptes als Gemeinschaftsarbeit von Mitarbeitern des Institutes für Umformtechnik notwendig. Fachleute aus Wissenschaft und Industrie verfaßten einzelne Abschnitte oder wirkten beratend mit. Der vorliegende Band behandelt nach kurzer Einführung die Verfahren der Massivumformung, wobei das Stauchen, das Schmieden und die Durchdrück-Durchziehverfahren im Vordergrund stehen. Die Verfahren Walzen und Eindrücken vervollständigen die Darstellung. Kurze Kapitel über Rohteilherstellung bzw. Wärme- und Oberflächenbehandlung bilden den Abschluß, wobei sich letztere nicht auf Massivteile beschränken, sondern auch Blechteile miteinbeziehen. Somit ist ein Übergang zu Band 3 "Blechumformung" geschaffen. Maschinen und Einrichtungen werden in den einzelnen Kapiteln mitbehandelt. Bei der Darstellung wurde Wert auf leichtfaßliche Einführung in den Stoff einerseits und Darbietung ausreichender Information zur selbständigen Lösung nicht zu spezieller Probleme andererseits gelegt. Ausgewählte Schrifttumsverzeichnisse am Schluß jeden Kapitels ermöglichen die Einarbeitung in Spezialgebiete. Herausgeber und Verfasser hoffen, daß das "Lehrbuch der Umformtechnik" Studierenden, Hoch- und Fachschulingenieuren die Einarbeitung in die Umformtechnik erleichtert und bei der Lösung von Problemen eine nützliche Hilfe ist. Sie bitten den Leser um Kritik, Hinweise und Ergänzungsvorschläge. Stuttgart, im Februar 1974 Kurt Lange

6 Inhaltsverzeichnis 1. Einführung (K. LANGE). 2. Stauchen ( W. POHL) Einordnung, Bedeutung Grundlagen Stofffluß, Reibung und Schmierung Elementare Plastizitätstheorie Spannungs- und Bewegungszustand Kenngrößen und Verfahrensgrenzen Zulässige Umformung Zulässiges Stauchverhältnis Kaltstauchen Warmstauchen Zulässige Werkzeugbeanspruchung Vorstaucher Fester Vorstaucher Gefederter Vorstaucher Stauchverfahren Kaltstauchen Werkstoffe, Ausgangsmaterial Verfahren des Kal tstauchens Flachprägen Warmstauchen, Werkstoff Maschinen Maschinen zum Kaltstauchen

7 VIII Inhaltsverzeichnis Maschinen zum Warmstauchen Werkzeuge, Gestaltung und Werkstoffe Schrifttum zu Kapitel Schmieden (K.LANGE) Einleitung Grundverfahren des Schmiedens Verfahren für Querschnittsänderungen Verfahren für Richtungsänderungen Verfahren zum Erzeugen von Hohlräumen Verfahren zum Trennen Verfahren zum Fügen Verfahren des Gesenkschmiedens im engeren Sinne Theoretische Grundlagen Freiformschmieden Werkstofffluß, Formänderungen Spannungen, Kräfte, Arbeitsbedarf Gesenkschmieden Werkstofffluß, Formänderungen Spannungen, Kräfte, Arbeitsbedarf Oberflächenausbildung und Schmiermittel beim Schmieden Werkstoffe für Schmiedestücke " Wärmen zum Schmieden Arbeitsablauf beim Schmieden Freiformschmieden Gesenkschmieden Gestaltung von Gesenkschmiedestücken Fließgerechte und werkzeuggerechte Gestaltung Maßgerechte Gestaltung Bearbeitungsgerechte Gestaltung Werkzeuge zum Gesenkschmieden Gesenke Abgratwerkzeuge Maschinen zum Schmieden Maschinen zum Freiformschmieden Maschinen zum Gesenkschmieden

8 Inhaltsverzeichnis IX Maschinen für die Endformung und Zwischenformung Sondermaschinen für die Endformung Sondermaschinen für die Zwischenformung ( Massenverteilung) Schrifttum zu Kapitel Walzen (K.DIETERLE) Einleitung Grundbegriffe des Walzvorgangs Bemerkungen, Voraussetzungen Greifbedingung Spannungen im Walzspalt Lage der Fließscheide, Durchziehbedingung Bremszug, Haspelzug Walzkraft, Drehmoment, Leistung Abweichungen von der elementaren Theorie Breitung Haftzone Elastische Walzenverformung Schmierung Werkstoffe, Eigenschaften Längs walzen Flach-Längswalzen Profil-Längswarzen Gleichbleibende Querschnitte in Walzrichtung Querwalzen, Schrägwalzen Einleitung Oberflächenwalzen Veränderliche Querschnitte in Walzrichtung Einleitung Grundlagen, Glattwalzen Verfahrensgrenzen Maßwalzen Festwalzen Maschinen und Einrichtungen. 210

9 X Inhaltsverzeichnis Gewindewalzen Einleitung, Grundlagen Gewindewalzen mit Flachwerkzeugen Gewindewalzen mit Rundwerkzeugen Arbeitsgenauigkeit Drückwalzen Einleitung, Grundlagen Hohlkörper mit zylindrischer Mantellinie Hohlkörper mit kegeliger oder gekrümmter Mantellinie Maschinen Schrifttum zu Kapitel Durchdrück- und Durchziehverfahren (R.DALHEIMER; K.GIESELBERG; K.LANGE) Vorstellung der Durchdrück- und Durchziehverfahren; Begriffe, Allgemeines Die Durchdrückverfahren Die Durchziehverfahren Allgemeine Grundlagen der Durchdrück- und Durchziehverfahren Gemeinsame Betrachtungsweise Der Werkstofffluß Die Spannungen bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Der Spannungszustand beim Voll-Vorwärts-Fließpressen und -Strangpressen Der Spannungszustand beim Hohl-Vorwärts-Fließpressen und -Strangpressen Der Spannungszustand beim Gleitziehen von Vollkörpern Der Spannungszustand beim Gleitziehen von Hohlkörpern Die Umformarbeiten und -kräfte bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Die Umformarbeiten und-kräftebeim Voll-Vorwärts-Fließpressen und -Strangpressen

10 Inhaltsverzeichnis XI Die Umformarbeiten und-kräftebeim Hohl-Vorwärts-Fließpressen und -Strangpressen Die Umformarbeiten und-kräftebeim Stab- und Drahtziehen Die Umformarbeiten und-kräftebeim Gleitziehen von Hohlkörpern Zusammenfassung der Angaben über die Kräfte bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Weitere gemeinsame Gesichtspunkte bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Der Reibwert Der Umformwirkungsgrad bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Der optimale Öffnungswinkel bei den Durchdrück- und Durchziehverfahren Die Gleitziehverfahren Allgemeines Theoretische Grundlagen Die Verfahrensgrenzen der Durchdrück- und Durchziehverfahren Werkstofffluß, Spannungen und Kräfte beim Gleitziehen von Drähten und Stä ben Spannungen und Kräfte beim Gleitziehen von Rohren Der Einfluß eines Gegenzuges beim Gleitziehen Temperaturen beim Gleitziehen Reibung und Schmierung beim Gleitziehen Schmierstoffträger beim Gleitziehen Schmierstoffe beim Gleitziehen Werkzeuge zum Gleitziehen Die Gestaltung der Ziehwerkzeuge Werkstoffe und Herstellung der Ziehwerkzeuge Gesichtspunkte bei der Wahl der Abmessungen von fliegenden Dornen beim Gleitziehen von Rohren Werkzeugverschleiß beim Gleitziehen Mehrfach-Gleitziehen

11 XII Inhaltsverzeichnis Das Gleitziehen von Profilen Eigenschaften gleitgezogener Drähte, Stäbe und Rohre Eigenspannungen Oberflächenbeschaffenheit Mechanische Eigenschaften Maschinen zum Gleitziehen Ziehbänke Drahtziehmaschinen Zusatzeinrichtungen für das Gleitziehen Abstreck -Gleitziehen Kräfte und Spannungen beim Abstreck Gleitziehen Maßgenauigkeit beim Abstreck-Gleitziehen Maschinen zum Abstreck -Gleitziehen Fließpressen mit quasi-stationärem Werkstofffluß Allgemeines, herstellbare Formen, Vorteile des Fließpressens Werkstofffluß, Spannungen, Kräfte, Arbeiten Werkstofffluß Spannungen Kräfte und Arbeitsbedarf Einfluß der Rohteilabmessungen auf die Fließpreßkraft Optimale Düsenform Reibung und Schmierung, Oberflächenvorbehandlung Kraftschwankungen in der Serienfertigung , Fließpressen bei erhöhten Temperaturen Werkstoffe für Fließpreßteile Stähle Nichteisenmetalle Werkstückstoffeigenschaften vor dem Fließpressen Werkstückeigenschaften nach dem Fließpressen

12 Inhaltsverzeichnis XIII Gestaltung und herstellbare Abmessungen von Kaltfließpreßteilen Gestaltung Mögliche Querschnitts- und Wanddickenabnahmen und herstell bare Werkstückabmessungen Werkzeuge Gestaltung, Beanspruchung und Werkstoffwahr; Allgemeines Gestaltung der Stempel und Dorne Gestaltung der Preßbüchsen (Matrizen) Mehrstufenwerkzeuge Lebensdauer der Werkzeuge zum Fließpressen Werkzeugmaschinen zum Fließpressen ; Verfahrenskombinationen und Sonderanwendungen der Fließpreßverfahren mit quasistationärem Werkstofffluß Verfahrenskombinationen Sonderanwendungen Fließpressen mit instationärem Werkstofffluß Allgemeines Werkstofffluß, Spannungen, Kräfte, Arbeiten Werkstofffluß Spannungen Kräfte und Arbeitsbedarf Einfluß der Werkstückabmessungen und Modellgesetzmäßigkeiten Einfluß der Stempelform Reibung, Reibwert und Schmierung Sonderverfahren des Napf-Fließpressens Werkstoffe Werkstückgestaltung Werkzeuge Gestaltung der Stempel Gestaltung der Preßbüchsen Beanspruchung der Preßbüchsen Berechnung von Schrumpfverbänden.. 441

13 XIV Inhaltsverzeichnis Lebensdauer von Werkzeugen zum Napf Fließpressen Verfahrenskombinationen Wirtschaftlichkeitsfragen beim Fließpressen Strangpressen Einleitung, Anmerkungen zur Einteilung der Strangpreßverfahren Werkstoffe zum Strangpressen Beschreibung des Strangpreßvorganges Werkstofffluß Gefügeausbildung Fließspannung kf Rechnerische Behandlung von Strang preßproblemen Kraft-Weg-Verlauf beim Strangpressen Temperaturverhältnisse beim Strangpressen Reibung und Schmierung Eigenschaften der Rohteile vor dem Umformen, Vorbehandlung Eigenschaften nach dem Umformen, Nachbehandlung Charakteristische Merkmale von Strangpreßteilen Nachbehandlung der Strangpreßteile Fehler im Preßgut Werkzeuge zum Strangpressen Matrize Blockaufnehmer Preßstempel, Preßscheibe, Dorn Zusammenfassung der Einflüsse auf den Strangpreßvorgang Werkstückgestaltung Strangpreßanlagen Antriebssysteme Pressenbauarten Hilfs-und Zusatzeinrichtungen Sonderkonstruktionen

14 Inhaltsverzeichnis XV Schrifttum zu Kapitel Eindrückverfahren (K.GIESELBERG) Begriffe, Allgemeines Grundlagen der Eindrückverfahren Allgemeine Bemerkungen Spannungszustand Umformarbeiten und -kräfte Einsenken Begriffe, Allgemeines Werkstoffe zum Kalteinsenken Beschreibung des Einsenkvorganges Werkstofffluß und Kaltverfestigung beim Kalteinsenken Berechnung von Einsenkkraft und Einsenktiefe beim Kalteinsenken, Einflußfaktoren auf Einsenkkraft und Einsenktiefe Reibung und Schmierung Wärmebehandlung nach dem Umformen Werkzeuge zum Kalteinsenken Maschinen zum Kalteinsenken Warmeinsenken Freies Napfen... Schrifttum zu Kapitel Rohteilherstellung (P. NOACK) 7.1. Halbzeug Herstellung von Zuschnitten Abscheren Brechen Sägen Abstechdrehen Schneiden Weiterbearbeitung und-behandlungvon Zuschnitten Setzen abgescherter Abschnitte Wärme- und Oberflächenbehandlung Gesinterte Rohteile Schrifttum zu Kapitel

15 XVI lnhal t sverzeichnis 8. Wärme- und Oberflächenbehandlung (P.NOACK) Wärmebehandlung Wichtige Verfahren der Wärmebehandlung von Stahl Spannungsfreiglühen Rekristallisationsglühen Weichglühen Normalglühen Weitere Verfahren der Wärmebehandlung von Stahl Blankglühen Patentieren Wärmebehandlung von Nichteisenmetallen Aluminium und Aluminiumlegierungen Kupfer und Kupferlegierungen Glühfehler Einrichtungen zur Wärmebehandlung Wärmeträger Glühöfen Oberflächenbehandlung Oberflächenbehandlung beim Gleitziehen von Stahl Entzundern Aufbringen von Gleitmittelträgern Aufbringen von Gleitmitteln Oberflächenbehandlung in der Blechumformung Aufbringen von Gleitmitteln Entfetten Oberflächenbehandlung in der Kaltmassivumformung Aufbringen von Gleitmittelträgern Aufbringen von Gleitmitteln 682 Schrifttum zu Kapitel Sachverzeichnis. 687

16 Inhalt der weiteren Bände Band 1; Grundlagen Band 3: Blechumformung Begriffe und Formelzeichen in der Umformtechnik Einführung Verfahren zum Prüfen der Einführung Umformeignung von Blechen Metallkundliehe Grundlagen Schneiden Fließkurven Biegen Plastizitätstheoretische Grund- Zugdruckumformen von lagen Blechen Reibung, Schmierung, Zugumformen Oberflächenwandlung Ermittlung von Verfahrenskennwerten durch Messen Grundlagen der Werkzeugmaschinen zum Umformen Ar bei tsgenauigkei t Umformen unter besonderen Bedingungen Hohlformwerkzeuge für Umform-, Trennund Fügeverfahren Maschinen und Einrichtungen werden in den einzelnen Kapiteln mitbehandelt.