Fertigungsverfahren 4

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1 Fritz Klocke Wilfried König Fertigungsverfahren 4 Umformen 5., neu bearbeitete Auflage Mit 373 Abbildungen Springer

2 Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen XVII 1 Einleitung 1 2 Grundlagen Einleitung Metallkundliche Grundlagen zur Erfassung des Werkstoffzustands Aufbau der Kristalle Elastische und plastische Formänderung der Kristalle Rekristallisation Abgrenzung zwischen Kalt- und Warmumformung Plastomechanische Grundlagen Gegenüberstellung von Kristallphysik und Kontinuumsmechanik Der Spannungszustand Fließbedingung Kinematik des Kontinuums Volumenkonstanz Fließgesetz Grenzen der plastischen Umformung Formänderungsvermögen Schädigungsansätzc Grenzformänderung Plastizitätstheoretische Lösungsmöglichkeiten für umformtechnische Probleme Lösungsniethoden der elementaren Plastizitätstheorie Energiemethode Berechnungsverfahren mit dem Streifen-, Scheiben-, Röhrenmodell Strenge Lösung Gleitlinicnverfahren Visioplastizität und Messrasterverfahren Schrankenverfahren 46

3 Inhalts verzeich n is Fehlerabgleicliverfahren (FAV) 47 Finitc-Eleinente-Methode (FEM) Grundlegende Konzepte der Finite Elemente Methode Lagrange'sche und Eulcr'sclie Betrachtung des Kontinimms Explizite und implizite Lösungsverfahren Thermische Kopplung Elcmenttypen Nichtlinearitäten Stoffgesetze Software Hardware Phasen einer Finite Elemente Analyse (FEA) Einsatz der FEM in der Umformtechnik Massivumformung Blechumformung 66 Metallographie und Analyse Einführung Lichtmikroskopie Mikrohärteprüfuug Elcktronenmikroskopie EM Rasterelektronenmikroskopie REM Transmissionsclcktronenmikroskopie TEM Röntgenmikroanalyse Präparat ionsinetho den Probenentnahme und -einbettung Schleifen und Polieren Kontrastierung Beschichten 81 Werkstoffe in der Umformtechnik Werkstückwerkstoffe Blech Kaltmassivumforinung Warmmassivumrbrnrung Werkzeugwerkstoffe Gusswerkstoffe Aluminiumbronze-Legierungen Werkzeugstähle Hartmetalle Keramik Kunststoffe Fließkurvenermittlung und Werkstoffprüfung Fliefskurveiiermitthmg im Zugversuch Fließkurvenermittlung im Stauchversuch 117

4 Inhaltsverzeichnis XI Fliefikurvenermittluiig in weiteren Versuchen Vergleich der Verfahren zur Fließkurvcnermittlung Verfahren zur Buchprüfung Tribologie in der Umformtechnik Das tribologische System Reibung Einfliissgrößcn auf die Reibung Reibgesetze für die Bewegungsreibung Einfluss der Reibung auf den Prozess Verschleiß Abrasion Adhäsion Oberflächenzerrüttmig Tribochemischer Verschleiß Schmierung in der Umformtechnik Anforderungen an Umformschmierstoffe Trenn- und Schmierstoffträgerschichtcn Öle, Fette und Emulsionen Additive Fest Schmierstoffe Werkzeugeinniisse Einfluss des Werkzeugwerkstoffs Veränderung der Werkzeugrandzone Werkzeugbeschichtungen Topographieeinflüsse Oberflächentopographie von Blcchwerkstoffen Oberflächentopographie von Werkstoffen für die Massivuinformung Oberfiächentopographie von Umformwerkzeugen Tribologische Prüfverfahren in der Umformtechnik Geräte für die Sehmierstoffprüfung Geräte für die Beschichtungsprüfung Prüfverfahren für die Massivumformung Prüfverfahren für die Blechumformung Massivumformung Kaltumformung' Stauchen Einordnung und Bedeutung Fertigungsbeispicle Stauchen Fließpressen Einteilung und Besonderheiten der Fließpressverfahren 190

5 XII Inhaltsverzeichnis Fließpresswerkzeuge und Werkzeugauslegung Fertigungsbeispiele Fließpressen Kraft- und Arbeitsbedarf Zulässige Formänderungen Stationärer und instationärer Prozess Schmierung und Schmierstoffe Fertigungsgenauigkeiten und Oberflächenqualitäten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Halbwarmumformung Wannumformung Definitionen und Verfalirensübersicht Frciformschmieden Recken Stauchen Breiten Richtungsänderung und Hohlraumerzeugung Trennverfahren Fertigungsfolgcn und Anwendungsbeispiele Gesenkschmieden Gesenksclimiedcverfahren zur Zwischenformung Formpressen mit Grat Formpressen ohne Grat Fcrtigungsfolgen und Anwendungbeispiele Rundkneten Verfahrensprinzip Anwendungsbeispiele Erwärmen Einrichtungen zum Erwärnren Oxidation beim Erwärmen und Schmieden von Stahl Verfahren zur Entzunderung nach dem Schmieden Werkzeuge zum Frei formschmieden Werkzeuge zum Gesenkschmieden Werkzeugkonzeption Beanspruchung von Schmiedegesenken Schadensarten in Schmiedegesenken Schmierung beim Gesenkschmieden Gestaltung und Eigenschaften von Schmiedestücken Beeinflussung der Werkstückeigenschaften durch Frciformschmiedeverfahren Gestaltung von Gcscnkschmiedeteilen Eigenschaften von Gesenksclimicdctcilen Sonder verfahren der Massivumformung 274

6 Inhaltsverzeichnis XIII Sonderverfahren des Gesenkschmiedens Genau- und Präzisionsschmieden Isotherm- und Heißgesenkschmieden Kombination der Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung Kombination Halbwarm- und Kaltmassivumformen Kombination Warm- und Kaltmassivumformen Superplastische Umformung Verfahrensprinzip und Voraussetzungen Beschreibung des superplastischen Werkstoffverhaltens Superplastischc Werkstoffe Anwendungen in der Massivumformung Thixoschmieden Verfahrensprinzip und Voraussetzungen Beschreibung des thixotropen Werkstoffverhaltens Werkstoffe Verfahren und Anwendungen Walzen als Nach- oder Fertigbearbeitungsverfahren Profilwalzen von Fertigteilen Grundlagen und Übersicht über die Walzverfahren Walzen von Verzahnungsprofilen Gewindewalzen Oberfiächenfemwalzen Werkstoffe für Walzverfahren Werkzeugbaustoffe für Walzverfahren Reibung und Schmierung Blechumformung Tiefziehen Grundlagen des Tiefziehens Verfahrensprinzip Zulässige Formänderungen Kräfte Reibung, Schmierung Verfahrensvarianteri und Fertigungsbeispiele Tiefziehen mit starren Werkzeugen Tiefziehen mit elastischen Werkzeugen und mit Wirkmedien Werkzeuge Werkzeuggestaltung Oberflächenbehandlung 348

7 XIV Inhaltsverzeichnis Werkstückwerkstoffe Blechqualitäten Wärmebehandlung Fcrtigungsgenauigkeiteu Tiefziehfeh lcr Maß- und Formabweichung, Oberflächenansbildung KrageiiKichen Grundlagen des Kragenziehens Verfahreiisprinzip Zulässige Formänderungen Kräfte Reibung, Schmierung Verfahrens Varianten und Fertigungsbeispiele Werkzeuge Werkstoffe.... 3Q Fertigungsgenauigkeiten Streckziehen 3g Vcrfahrensprinzip Verfahreiisvariariteii Einfaches Streckziehen Tangentialstreckziehen Streckziehen mit Gegenwerkzeug Streckziehen von Profilen Warmstreckziehen Formänderungen, Werkstückwerkstoffe und Kräfte Werkzeuge Drücken Verfahrensprinzip Konventionelles Drücken Projizierstreckdrücken Abstreckdrücken (Streckdrücken) Zulässige Formänderungen Kräfte Fertigungsbeispiele Werkzeuge Werkstoffe Fertigungsqualitäten Maß- und Formgenauigkeit Oberflächengüte Vor- und Nachteile des Drückens, Einsatzkriterien Biegen 3g Grundlagen des Biegens Vcrfahrensprinzip 395

8 Inhaltsverzeichnis XV Rückfederung Kleinstmögliche Biegeradien Randverformung Verfahrensvarianten Freies Biegen Biegen im Gesenk Scliwcnkbiegen Walzbiegen Werkzeuge und Werkstückformen Biegen mit geradliniger Werkzeugbcwegung Biegen mit drehender Werkzeugbcwegung Sonderverfahren der Blechumlbrmung Innenhochdruckumformung Inncnhochdruck-Umformen von Blechen Iimenhochdruck-Umfbrmeii von Hohlprofilcu Herstellbare Formen und Verfahrensgrenzen Genauigkeit und Werkstückeigcnschaften Werkzeuge und Umformmcdien Sonderanwendungen Superplastische Blechumformung Superplastizität Verfahrensprinzipien Werkstoffe und Anwendungsbeispiele Formgebung mit Laserstrahlung Verfahrensprinzip Technologische Grundlagen Anwendungsfeldcr Hochgeschwindigkeitsumformung Explosionsumformung Elektromagnetisches Umformen Blechtrennung Schneiden Grundlagen des Schneidens Verfahrensprinzip Sclmeidspalt Schneidkraft und Schneidarbeit Zulässige Sehnittteilgeotnetrie Wcrkzeugverschleiß und Schmierung Verfahreiismerkmale und -Varianten Schnittliniengcometrie Werkzeugführung Verfahrensablauf Sonder verfahren: Knabberschneiden Fertigungsgenauigkeiten 470

9 XVI Inhaltsverzeichnis 5.2 Feinschneiden Grundlagen des Feinschneidens Verfahrensprinzip Qualitätsmerkmale und Einfiussgrößen Zulässige Schnittteilgestaltung Schncidspalt Schneidkantengeomctrie Ringzacken Ringzackenkraft Gegenkraft Schneidkraftbedarf Reibung und Schmierung Wirtschaftlichkeit Werkzeuge Werkzeugarten Werkstoffe Stähle NE-Metalle Verfahrensvarianten und Fertigungsbeispiele Fertigungsgenauigkeiten und Bauteileigenschaften Fügen durch Umformen Stanznicten und Durchsetz fügen Stanznieten Durchsetzfugen Statische und dynamische Festigkeit Bördeln und Falzen Bördeln Falzen Anwendungsbeispiele 514 Literaturverzeichnis 517 Index 547