Fertigungstechnik II Umformtechnik Einführung und Wiederholung der Grundlagen

Ähnliche Dokumente
Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Formgebende Fertigungsverfahren. Fertigungstechnik I Umformtechnik Einführung

Fertigungstechnik I Umformtechnik. Grundlagen, Kennwerte und Kennwertermittlung

3. Struktur des Festkörpers

Das Verformungsverhalten metallischer Werkstoffe

Praktikum Fertigungstechnik. Umformtechnik I

Verzerrungen und Festigkeiten

3. Struktur des Festkörpers

sind Stoffe, die je nach Verwendungszweck aus Rohstoffen durch Bearbeitung und Veredelung gewonnen werden. Einteilung der Werkstoffe

Aluminium. Eisen. Gold. Lithium. Platin. Neodym

Spanlose Formgebung. Joseph Flimm. unter Mitarbeit von Fritz O. A. Lindemann Heinz Günther Markowski Hermann Radtke

Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Formgebende Fertigungsverfahren. Umformtechnische Verfahrensgestaltung.

Umformtechnik. Harald Kugler. Umformen metallischer Konstruktionswerkstoffe. mit 247 Abbildungen, 20 Tabellen, 273 Fragen sowie einer DVD

Moderne höchstfeste Stahlwerkstoffe für die Automobilindustrie

Umformen und Feinschneiden

40 Fragen und Lösungen zu Definitionen und Hintergrundwissen

Verfahren zur Extrapolation der Fließkurve aus den Daten des Zugversuches jenseits der Gleichmaßdehnung

1 Die elastischen Konstanten 10 Punkte

Stoffgesetze. wahre Spannung. technische Spannung. ε Gesamtdehnung ε el elastische Dehnung ε pl plastische Dehnung. Hookesche Gerade.

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen

1.1 Gegenstand der Technischen Mechanik Lernziele und Lernmethoden... 9

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen

2.Übung Werkstoffmechanik Prof. K. Weinberg Universität Siegen Lehrstuhl für Festkörpermechanik

2. Materialgesetze und Festigkeitshypothesen

Umformen und Feinschneiden

Erkläre was in dieser Phase des Erstarrungsprozesses geschieht. 1) Benenne diesen Gittertyp. 2) Nenne typische Werkstoffe und Eigenschaften.

FTMT. Umformen. Umformverfahren. Hn

Umformen - Grundlagen

Wie wird der E-Modul ermittelt? Die Temperatur, bei der ein Metall beim Abkühlen erstarrt.

Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Lehrstuhl Formgebende Fertigungsverfahren. Werkzeuge der Umform- und Zerteiltechnik

Ressourceneffiziente Formgebungsverfahren für Titan und hochwarmfeste Legierungen

Werkzeuge der Umform- und Zerteiltechnik. Einführung

Spannungs-Dehnungskurven

7.4: Zusammenfassung / Merkpunkte zu Kapitel 7: Mechanische Eigenschaften

Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Formgebende Fertigungsverfahren

Zugversuch. 1. Einleitung, Aufgabenstellung. 2. Grundlagen. Werkstoffwissenschaftliches Grundpraktikum Versuch vom 11. Mai 2009

1. Zug und Druck in Stäben

5 Mechanische Eigenschaften

Handbuch Umformtechnik

Aufbau der Vorlesung/ Einteilung der Umformverfahren

Handbuch Umformtechnik

Gefüge und Eigenschaften metallischer Werkstoffe WS 17/18

Fertigungstechnik I Umformtechnik. Halbzeugherstellung und Blechumformung

X. Feuerverzinktes Feinblech

1. Einführung in die Fertigungstechnik, 11

2. Der ebene Spannungszustand

Es wird ein Koordinatensystem gewählt. Mit einem Schnitt senkrecht zur x-achse wird der Spannungsvektor

D T : Teilchenabstand (andere Phase) D T. D KG : Korndurchmesser DKG

5. Elastizitätsgesetz

9. Tutorium zur Werkstoffkunde für Maschinenbauer im WS 2010/2011

Zugversuch. Der Zugversuch gehört zu den bedeutendsten Versuchen, um die wichtigsten mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen zu ermitteln.

Klausur Werkstofftechnologie II am

Stauchversuch. Markus Wolf Mat.-Nr.: TF 2. Prof. Dipl. Ing. G. Popp

Formänderungs- und konjugierte Formänderungsenergie

Baustatik & Festigkeitslehre Vorlesung & Übung

Verfestigungsmechanismen

Werkstoffe der Elektrotechnik im Studiengang Elektrotechnik

Übung Tiefziehen zur Vorlesung Fertigungstechnologien Tiefziehen

2.2 Metallkundliche Grundlagen zur Erfassung des Werkstoffzustands

Werkstoffphysik und Festkörpermechanik : Zeit: Dienstags Uhr, erstmalig am Klausur: ,

Grundlagen. Springer-Verlag Berlin Heidelberg F. Klocke, Fertigungsverfahren 4, VDI-Buch, / _2

Neue Materialien = größeres Prozessrisiko?

Mechanik II: Deformierbare Körper für D-BAUG, D-MAVT Haus- & Schnellübung 5

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn37 (OF 2163)

Inhaltsverzeichnis. Inhalt. 1 Umformen

Übung Gitterstrukturen und Kristallbaufehler

Grobblech Feinblech Blech Folien. >6mm <0,1 mm <6mm

1.1 Entwicklung und wirtschaftliche Bedeutung der Umformtechnik

FORK STABILIZER GABELSTABILISATOR

Bachelorprüfung. Werkstofftechnik der Metalle

Experimentalphysik E1

VERSAGENSMODELLIERUNG VON DICKWANDIGEN ALUMINIUMPROFILEN FÜR DIE CRASHSIMULATION VON SCHIENENFAHRZEUGKOMPONENTEN

4. Werkstoffeigenschaften. 4.1 Mechanische Eigenschaften

Plastische Verformung

HPC-Bearbeitung. Leistungssteigerung im ELB-Tieflochbohren. Institut für Fertigungstechnik. Labor für Produktionstechnik

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn33Pb1,5AlAs (OF 2279) EN Werkstoff Nr: CW626N

Stahlbau Grundlagen. Der plastische Grenzzustand: Plastische Gelenke und Querschnittstragfähigkeit. Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

1. Vorlesung

Reinaluminium DIN 1712 Aluminiumknetlegierungen DIN 1725

5. E I S E N. 5.1 Allgemeines. Dichte von Eisen: 7,8 kg/dm 3 Dichte Von Kohlenstoff: 2,0 kg/dm 3 Schmelzpunkt: 1150 C bis 1536 C

Werkstoffmodellierung für die Umformtechnik

Zugversuch. Carsten Meyer. Raum 110. Telefon: Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau

Zugstab

Fertigungsverfahren 4

Neue Trends in der Umformtechnik

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn38As (OF 2765)

8. Vorlesung. 5.1 Mechanismen der plastischen Verformung kristalliner Materialien

GMB >5g/cm 3 <5g/cm 3. Gusseisen mit Lamellengraphit Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss) (Magensiumbeisatz)

Strukturchemie. Kristallstrukturen. Elementstrukturen. Kugelpackungen. Kubisch dichte Kugelpackung. Lehramt 1a Sommersemester

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn35Pb1,5AlAs (OF 2273) EN Werkstoff Nr: CW625N

Maschinenelemente und Festigkeitslehre

TU Dortmund. Vorname: Nachname: Matr.-Nr.: Aufgabe 1 (Seite 1 von 3)

5 Mechanische Eigenschaften

Modellierung von duktilen Stählen bei Verwendung von kommerziellen FE-Programm. Programm- systemen

Zugversuch - Metalle nach DIN EN 10002

Kupfer und Kupferlegierungen EN Werkstoff Nr: Sonderl. CuZn31Ni7Al4Si2Fe (OF 2278)

2. Strukturaufbau metallischer Werkstoffe

c) Bei niederiglegierten Stählen werden die Gehaltszahlen der Legierungselemente unverschlüsselt

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn31Si1 (OF 2270)

Kupfer & Kupferlegierungen CuZn37Mn3Al2Si (OF 2291)

Transkript:

Fakultät Maschinenwesen, Institut für Fertigungstechnik, Professur Formgebende Fertigungsverfahren Fertigungstechnik II Umformtechnik Einführung und Wiederholung der Grundlagen Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius Dresden, 16. Oktober 215 Wochentag Wo Montag Mittwoch Freitag HSL Stundenplan 12.1. 16.1.15 2. 19.1. 23.1.15 1. 26.1. 3.1.15 2. 2.11. 6.11.15 9.11. 13.11.15 16.11. 2.11.15 23.11. 27.11.15 3.11. 4.12.15 1. 2. 1. 2. 1. 7.12. 11.12.15 2. 14.12. 18.12.15 1. 4.1. 8.1.16 2. 11.1. 15.1.16 18.1. 22.1.16 25.1. 29.1.16 1. 2. 1. 1.2. 5.2.16 2. Prof. Beyer OST Vorlesung 3. DS Zeu 26 VL Einführung, VL PVD Physical Vap. Deposition VL Laser-/Plasma- Ober-fl.beschichtg. Ü Übung 1 OST Ü Exkursion 1 Ü Übung 3 Ü Belegvor-stellung Prof. Beyer OST Übung 3. DS Zeu 26 VL CVD Chemical Vapour Deposition; Belegeinführ. VL Spritzverfahren VL Drucktechnikverfahren Ü Übung 2 OST Prof.Füssel Fert.-Planung Vorlesung 1.DS Zeu 222 VL Einführung Fügeund Montageplan. VL Teilefertigung - APL1 (Nestler) VL Teilefertigung - APL2 (Nestler) VL Teilefertigung - APL3 (Nestler) Prof.Füssel Fert.-Planung Übung 3.DS Zeu 222 Ü Übung 1: Produkt-/ Prozessstruktur VL Produktstruktur Ü Übung 2: Daten d. Proz. struktur 18.11. Buß- und Bettag 18.11. Buß- und Bettag VL Vorlesung FTM Kapazit.-wirtschaft VL Teilefertigung - APL4 (Nestler) VL Vorlesung FTM Fügbark. Schweißen Ü Exkursion 2 VL Teilefertigung - APL5 (Nestler) VL Vorlesung FTM Fügbark. Schweißen Ü Übung 4 VL Teilefertigung - APL6 (Nestler) Ü Belegvor-stell. und Kon-sultation VL Vorlesung FTM Fügbark. Schrauben VL Teilefertigung - APL7 (Nestler) VL Vorlesung FTM Fügbark. Pressen 3. Übung: Organisat.form 4. Übung FTM Teil Füget. 5. Übung FTM Teil Füget. 6. Übung FTM Teil Schraub. 7. Übung FTM Teil Pressen PD Dr. Nestler ZAT Vorlesung 1.DS Zeu 26 VL Gegenstand und Grundlagen VL Restriktionsystem Zerspan-technik VL Fräsen VL Fräsen/ Bohren VL Bohren VL Präz. und Ultrapr.bearb VL Spezielle Technologien VL Abtragtechnik PD Dr. Nestler ZAT Übung 1.DS Zeu 26 Ü Übung 1 ZAT Fäsen Ü Übung 2 ZAT Fräsen Ü Übung 3 ZAT Rechenaufgaben Prof. Brosius Prof. Brosius UT UT Vorlesung Übung 2.DS Zeu 222 2.DS Zeu 222 VL Einführung und Grundl. der Umformt VL Element. Methoden der Span.-, Kraft- u. Arbeitserm. VL Tiefziehen VL Biegen VL Gesenkschmieden VL Fließ- und Strangpressen VL Zerteilen / Scherschneid. Ü Wiederhol.- Übung UT Ü Übung 1 UT Ü Übung 2 UT -2-

Vorlesungsüberblick Termin Thema 16.1.215 Einführung und Grundlagen der Umformtechnik 23.1.215 Übung Grundlagen 3.1.215 Elementare Methoden der Spannungs-, Kraft- und Arbeitsermittlung 13.11.215 Tiefziehen 2.11.215 Übung zum Tiefziehen / Tiefziehbeleg 27.11.215 Biegen 4.12.215 Übung zum Biegen 11.12.215 Gesenkschmieden 8.1.216 Fließ- und Strangpressen 22.1.216 Zerteilen / Scherschneiden 29.1.216 Ausweichtermin 5.2.216 Repetitorium Skript (Vorlesungsfolien) Direktlink: http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/ fakultaet_maschinenwesen/if/ff/studium/index_html Passwort: FT2_Ut_15/16 Ansprechpartner Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius Kontaktdaten alexander.brosius@tu-dresden.de -3- -5-

Multi Material Design Stahl, Eisen 881,7 Absolutes Gewicht: 1.935 Angaben in kg 438,1 12 Leichtmetalle Andere Metalle Thermoplastische Kunststoffe 61,8 Duroplastische Kunststoffe 148,3 58,5 Elastomere 7,3 47,7 25,3 4,2 29,9 23,1 26,1 Betriebsstoffe Rest Elektronik Lack, Klebstoffe Textilien Glas, Keramik Thermoplastische Elastomere (Quelle: nach Stauber, R.: http://www.bayern-innovativ.de/stauber_vortrag) Umformeigenschaften am Beispiel Stahl Bruchdehnung A 8 in % 6 weiche Stähle, Baustähle Stand: 2 25 211 5 Isotrope Stähle hochfeste IF-Stähle 4 Dualphasen Stähle TRIP Stähle 3 TRIP 1 2 Bake hardening Stähle DP8 / 1 Work hardening 1 Mikrolegierte Stähle Stähle Komplexphasen Stähle CP1 2 4 6 8 1 12 Zugfestigkeit R m in MPa (Quelle: nach ThyssenKrupp Steel Europe AG) -6- -7-

Kristallgittertypen Elementarzelle Kristallgitter a a Korngrenze Kornstruktur (sichtbar im Lichtmikroskop) Korn (Quelle: Lange).5 mm Arten von Korngrenzen Kleinwinkel-Korngrenzen Korngrenzen Hervorgerufen durch Ausrichtung bzw. polygonartige Anordnung von Versetzungen -8- -9-

Kristallgittertypen kubisch-raumzentriert (krz) kubisch-flächenzentriert (kfz) Hexagonal dichteste Packung (hdp) Beispiele: Chrom (Cr), Eisen (α-fe), Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Wolfram (W) Beispiele: Aluminium (Al), Eisen (γ-fe), Kupfer (Cu), Gold (Au), Blei (Pb), Silber (Ag), Nickel (Ni) Beispiele: Magnesium (Mg), Titan (Ti), Zink (Zn) (Quelle: Groover, 25) Mechanisms of Gleitebene, plastic deformation Gleitrichtung, Gleitsystem Struktur Anzahl der Struktur Anzahl der Gleitsystem Gleitebenen Gleitrichtung Gleitsystem Gleitsystem Gleitebenen Gleichtrichtung Gleitsystem kfz Cu, Al, Ni, Pb, Au, Ag, g-fe 4 3 12 1 3 3 6 2 12 hdp Cd, Zn, Mg, Ti, Be 3 1 3 krz a-fe, W, Mo 12 1 12 6 1 6 24 1 24 : Gleitebene : Gleitrichtung (Quelle: Lange) -1- -11-

Mechanismus der plastischen Deformation Gleitung Elastische Deformation Nicht-deformierte Struktur τ Nach Entlastung τ τ Plastische Deformation infolge Gleitung Nach Entlastung BA1 τ -12- Folie 12 BA1 Alexander Brosius; 8.1.212

Mechanismen der plastischen Deformation Zwillingsbildung Nicht deformierte Struktur Zwillingsebene Plastisch deformierte Struktur Zwillingsebene τ τ Zwillingsbildung erfordert höhere Spannungen / Energie als Scherung bzw. Abgleiten Zwillingsbildung tritt ein, wenn Scherung nicht möglich ist (z.b. bei niedrigen Temperaturen, hohen Dehnraten) Theoretische und relae Schubfestigkeit G τ theoretical = to 3 Werkstoff G 2π Schubmodul in MPa Theoretische Schubfestigkeit in MPa Reale Schubfestigkeit in MPa Stahl 75.8 2.5 12. 15-75 Aluminumlegierungen 27.5 9 4.4 5-15 Kupferlegierungen 41.4 1.4 6.6 1-25 Titanlegierungen 44.8 1.5 7.1 35-8 Faktor 1-1 zwischen realer und theoretischer Schubfestigkeit -13- -14-

Überlegung Theoretical and zur real shear maximalen strength Scherspannung = sin(2 ) Mit: A 2 = = = Schubspannung τ B Verschiebung x Gitterfehler Def. Gitterfehler Gitterfehler oder Versetzung sind Abweichungen von idealer, regulärer kristalliner Gitterstruktur Punktfehler (null-dimensional) Leerstellen Ionen-Paar-Verschiebung Flächenfehler (zwei-dimensional Korngrenzen Stapelfehler Einlagerungen Linienfehler (ein-dimensional) Stufenversetzungen Schraubenversetzungen Volumenfehler (drei-dimensional) Poren Einschlüsse, Verunreinigungen -15- -16-

Mechanism of plastic deformation Punktfehler Leerstelle Zwischengitterplatzdefekt -17- Ionenpaar- Verschiebugen Linienfehler τ τ τ τ τ τ τ τ Versetzung Gleitebene Ionen-Zwischengitterplatzdefekt -18-

Flächenfehler Stufenversetzung Schraubenversetzung (Quelle: Lange) Begriffsdefinition Technische und wahre Dehnung Ausgangslänge l Zwischenstadium F l dl F Endlänge l 1 Technische Dehnung ε = l l l 1 Wahre Dehnung (logarithmisch) 1 dl dl dϕ = ϕ = = l l l l l 1 ln l -19- -2-

Bedeutung des gewählten Dehnungsmaßes 2 Belastungsszenarien: A) Gesamtdehnung l in einem Schritt L = 8 l 1 = 1 l 2 = 15 B) Gesamtdehnung lin zwei Schritten l 1 und l 2 mit l= l 1 + l 2 A) Ein Belastungsschritt B) Zwei Belastungsschritte = = "+!! = 1+15 8 =,3125 = "! +!+ " = 1 8 + 15 8+1 =,2917, = ln! =. 15 8 =,2719, = ln "! +ln " =. 9 8 +. 15 9 =,2719 ε,5,75,1,15,2,3,5,75 1 ϕ,49,72,95,14,18,26,41,56,69 Wahre Größen realitätsnah, da auf augenblickliche Situation bezogen & Inkremente wahrer Dehnungen sind summierbar Begriffsdefinition Technische und Wahre Spannung F A A F d Unter der Annahhme, dass die Normalkraft homogen über den Querschnitt verteilt ist Technische Spannung Wahre Spannung σ = σ = F A F A In der Umformtechnik werden stets wahre Dehnungen und wahre Spannungen genutzt -21- -22-

Definition Plastizität F F (Zugkraft) Ausgangslänge Elastisch-plastische Deformation Eigenschaft des Werkstoffes eine bleibende, d.h. irreversible Dehnung zu ertragen. Plastizität tritt mit dem Erreichen der Fließspannung ein. Sowohl Fließspannung als auch erreichbare plastische Dehnung sind dabei werkstoffabhängig! Bleibende (plastische) Deformation Spannungs-Dehnungs-Kurve R m R p,2 σ in MPa E Fließspannung Elastische Gerade ε p ε = ε t = ε e + ε p ε e A A t E Versagen ε (%) R R E A A At σ ε ε ε ε g t e p p,2 m Fließspannung Mindestzugfestigkeit Elastizitätsmodul Gleichmaßdehnung Bruchdehnung Gesamtdehnung Spannung Dehnung Gesamtdehnung Elastische Dehnung Plastische Dehnung Verfestigung Anstieg der Fließspannung bis zum Einschnürung Versagen Materialtrennung infolge diffuser Einschnürung -23- -24-

Fließkurven vernachlässigen i. Allg. den elastischen Bereich Größen in Spannungs-Dehnungskurve beziehen sich auf die Ausgangskonfiguration Größen in Fließkurve beziehen sich auf die Momentankonfiguration Vergleich: Spannung-Dehnungskurve Unterschied Fließkurve und Spannungs- Dehnungs-Diagramm Fließkurve Monotone Spannungssteigerung aufgrund Verfestigung Technische Spannung Abfallende Spannung wegen Einschnürung Elastischer Bereich Wahre Spannung Kein elastischer Bereich Logarithmische Dehnung, Dehnungsinkremente sind summierbar Bezogen auf Ausgangsquerschnitt Technische Dehnungen Bezogen auf aktuellen Querschnitt Wahre Dehnung -25- Einflussparameter auf Fließkurve & ϕ = const Kaltumformung Fließspannung k f in MPa kalt warm Umformgrad ϕ Warmumformung Temperatur ϑ Umformgrad ϕ Fließspannung k f Fließspannung k f Fließspannung k f Umformgradϕ -26-

Umformgrad - mehrachsig Der Umformgrad ist als der natürliche Logarithmus aus dem Verhältnis der Länge zur Ausgangslänge definiert. L Aus den Längenänderungen in X-, Y- und Z-Richtung ergeben sich 3 Umformgrade: L Z Z Z 1 Y X = ln X Y ϕ = ln 1 1 ϕx Y X Y Z ϕz = ln Z 1 Y X Y 1 X 1 Vorzeichen beachten: Dehnung: ϕ > Stauchung: ϕ < Volumenkonstanz Volumenkonstanz: Werkstoff ist inkompressibel V = V konstant H L B = H L B 1 1 1 1 V1 H1 L1 B1 = = 1 V H L B Ausgangsform Stauchvorgang Endform L V Stempel Werkstück F L 1 V 1 H H 1 B B 1-27- -28-

Volumenkonstanz L L 1 H V H 1 V 1 B B 1 Bedingung aus der Volumenkonstanz: V = V H1 L1 B1 ln + ln + ln = ϕh + ϕl + ϕb = H L B ϕ ϕ ϕ sowie & ϕ1+ & ϕ2+ & ϕ3 = 1 + 2 + 3 = 1 mit & ϕ = dϕ dt Anwendung Zugversuch Dehnung in Zugrichtung Abnahme der Querschnittsfläche Wie wird wahre Querschnittsfläche A berechnet? F Querschnittsfläche A A F -29- -3-

Mehrachsige Spannungszustände In Realität meist mehrachsige Spannungszustände Beispiel: Ebener Spannungszustand mit den Normalspannungen σ i und den Schubspannungen τ ij σ X Y τ XY τ YX σ Y τ XY σ X τ YX X σ Y Fließortbeschreibt einen mind. 2-achsigen Spannungszustand, der zu einer plastischen Deformation führt Wie erhält man Informationen über die anderen Spannungszustände? Experimente oder Annahmen bzgl. Fließort Populäre Fließkriterien / Fließorte (für isotrope Werkstoffe) sind die Kriterien nach Tresca und von Mises Fließkriterium nach TRESCA (Schubspannungshypothese) III σ I σ III k f II σ III σ I Ebener Spannungszustand: σ II =! I σ I τ max k = f 2 σ III σ III IV σ III -k f σ I plastisch V σ III σ I -k f VI σ III k f σ I σ I Bereich I σ > σ > k = σ I III f I II σ > σ > k = σ III I f III III σ > > σ k = σ σ III I f III I IV > σ > σ k = σ III I f I V > σ > σ k = σ I III f III VI σ > > σ k = σ σ I III f I III -31- -32-

Fließkriterium nach VON MISES (Gestaltänderungsenergiehypothese) Das Fließkriterium nach VON MISES via Spannungskomponenten: 1 2 2 2 2 2 2 = ( σ σ ) + ( σ σ ) + ( σ σ ) + 6( τ + τ + τ ) 2 144444444444424444444444443 k f xx yy yy zz zz xx xy yz zx σ v. M. Das Fließkriterium nach VON MISES via Hauptspannungskomponenten: 1 k = σ σ + σ σ + σ σ f ( ) ( ) ( ) 2 2 2 1 2 2 3 3 1 2 σ 2 = σ II = ebener Spannungszustand / = 1 " +1 2 1 " 1 2 σ 3 45 σ 1 Vergleich TRESCA& VON MISES Angenommener Spannungszustand: τ xy σ III TRESCA / = 2 = 2 4 45 VON MISES Tresca v. Mises σ I / = 1 2 1 1 44 + 144 1 55 + 155 1 +6 4 + 45 + 5 / = 3 4 Maximale Abweichung zwischen beiden Kriterien: 15,5 % -33- -34-

Zusammenhang Fließkurve - Fließortkurve Isotrope Verfestigung Fließkurve Fließortkurve 4 4 3 3 Anfangsfließortkurve Folgefließortkurve k f in MPa 2 1 σ 2 in MPa 2 1 σ σ σ -1-2 -2 V -1 σ.2.4 Umformgrad ϕ -2-1 1 2 σ 1 in MPa Übersicht gängiger Fließkriterien Autor, Jahr σ σ 3 σ 45 σ 75 σ 9 σ b τ r r 3 r 45 r 75 r 9 r b Hill-Typ Hill 1948 x x x x Hill 1979 x x x Hill 199 x x x x x x Hill 1993 x x x x x Chu 1995 x x x x x Lin, Ding 1996 x x x x x x x Hu 25 x x x x x x x Hosford-Typ Hosford 1979 x x x Barlat 1989 x x x x Barlat 1991 x x x x Karafillis, Boyce 1993 x x x x x x Bron-Besson 23 x x x x x x x Barlat 1996 x x x x x x x BBC 2 x x x x x x x Barlat 23 (Yld2) x x x x x x x x BBC 23 x x x x x x x x Aretz-Barlat 24 x x x x x x x x Drucker-Typ Cazacu-Barlat 21 x x x x x x x x x x x Cazacu-Barlat 25 x x x x x x x x x x x -35- -36-

Temperatur Warm-, Halbwarm-, Kaltumformung Prozesstechnik Massiv- und Blechumformung Spannungszustände Unterteilungskriterien in der Umformtechnik Zug, Druck, Schub und Kombinationen (siehe DIN 858, DIN 8582) Umformen DIN 8582 Druckumformen Zugumformen Schubumformen Zugdruckumformen Biegeumformen Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 858 Zusammenhalt schaffen Zusammenhalt beibehalten Zusammenhalt vermindern Zusammenhalt vermehren Formändern 2. Umformen 3. Trennen 4. Fügen 1. Urformen Eigenschaften 6. Stoffeigenschaften ändern 5. Beschichten Umlagern von Stoffteilchen Aussondern von Stoffteilchen Einbringen von Stoffteilchen -37- -38-

Einteilung der Umformverfahren in Untergruppen nach DIN 8582 Umformen Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen Walzen Freiformen Gesenkformen Eindrücken Durchdrücken Durchziehen Tiefziehen Kragenziehen Drücken Knickbauchen Längen Weiten Tiefen Biegen mit geradliniger Werkzeugbewegung Biegen mit drehender Werkzeugbewegung Verschieben Verdrehen Fertigungsmöglichkeiten für einen Bolzen Beispiele: Welche Fertigungsverfahren gibt es nach DIN 858? Urformen Fertigteil DIN 8582 Umformen Anstauchen: Kleiner Ausgangsquerschnitt Fließpressen: Großer Ausgangsquerschnitt (Werkstoff wird durch die Düse gedrückt) DIN 8588 DIN 8592 Trennen DIN 8593 Fügen + Abfall -39- -4-

Spanende vs. umformende Fertigung Spanvolumen Faserverlauf Großes Spanvolumen Werkstoffeffizienz Beispiel: D außen = 1,2 D innen 7 % Spanvolumen Wirtschaftlich bei kleinen Abmessungen Bezogenes Spanvolumen mm³ mm in 1 6 14 7 8 g 31 kg 123 kg 2. 4. Innendurchmesser D i in mm gestoßen umgeformt Faserverlauf unterbrochen durch spanende Fertigung Geringere Festigkeit Einfluss auf Ermüdungs-und Verschleißfestigkeit (Quelle: Bargel) Umformen Zerspanen Kostenvergleich Umgeformtes Werkstück Werkstoff: Ma 8 Ø2 Ø1 1 2 Gedrehtes Werkstück Werkstoff: 9 SMnPb 2 3 Ø2 Ø1 1 2 Beispiel Kaltumformung Werkstückgewicht minimale Anzahl der Werkstücke: <2 g 1. 2 bis 5 g 5. 5 g bis 1 kg 1. 1 bis 5 kg 1. -41- -42-

Spanende vs. umformende Fertigung Spanen Umformen Normal erreichbar Durch Sondermaßnahmen erreichbar In Ausnahmefällen erreichbar (Quelle: nach K. Lange) Einteilung Umformverfahren Blech- und Massivumformung Umformende Fertigungsverfahren Massivumformung Blechumformung F 2 F 1 F 1 F 2 F 2 F 3 Halbzeugabmessungen in allen drei Raumrichtungen ähnlich Werkstofffluss in alle Richtungen I. Allg. drei-achsiger Spannungszustand Größere Umformkräfte als bei Blechumformung Deutlich älter als Blechumformung (z.b. Schmieden) F 1 Halbzeugabmessung in Dickenrichtung wesentlich geringer Werkstück ist Hohlkörper (annähernd konst. Wandstärke) I. Allg. zwei-achsiger Spannungszustand (Zug-Zug oder Zug- Druckspannung) -43- -44-

Einteilung Umformverfahren Temperatur Nach DIN 8582 Nach DIN 8582 Kaltumformung Halbwarmumformung Warmumformung Raumtemperatur ohne zusätzliche Erwärmung Erhöhte Temperatur Erwärmung? Erhöhte Temperatur mit zusätzlicher Erwärmung Unterhalb Rekristallisationstemperatur Oberhalb Rekristallisationstemperatur -45- Einteilung Umformverfahren Temperatur Kaltumformung Temperatur: ϑ < Rekristallisationstemperatur Keine Verzunderung der Oberfläche Erhöhung der Festigkeit und Verringerung der Dehnung durch Kaltverfestigung Warmumformung Temperatur: ϑ > Rekristallisationstemperatur Großes Umformvermögen der Werkstoffe, geringe Umformkräfte Keine Änderung der Festigkeit am umgeformten Werkstück Halb-Warmumformung Temperatur: Raumtemperatur < ϑ < Rekristallisationstemperatur Kein bzw. geringes Verzundern an der Oberfläche Geringere Umformkräfte als beim Kaltumformen Engere Maßtoleranzen als beim Warmumformen Zahlenwerte Stahl: ϑ R 6 C Aluminium: ϑ R 3 C Dehnratenaspekt 9: = ;9 muss so gewählt werden, dass Rekristallisation zeitlichstattfinden kann! ;< Hohe Dehnraten ermöglichen ein Verschieben der Rekristallisation zu höheren Temperaturen! Grenzbereich Rekristallisationstemperatur -46-

Einschub Rekristallisation 1 Wärmezufuhr oder dissipierteumformenergie reduziert Versetzungsdichte und kann Korngrenzen verändern Rekristallisation verändert die Mikrostruktur Rekristallisationstemperatur Erforderliche Temperatur, die eine Umwandlung aller Körner in 1 h zur Folge hat primär Rekristallisation sekundär Umformbarkeit Fließspannung T m = Schmelztemperatur Zeit Einschub Rekristallisation 2 Kornwachstum in Abhängigkeit der Zeit Zeit Temperaturführung während einer Wärmebehandlung 1 2 3 4 Quelle: Dr. R. Henseler; Prof. A. Brückner-Foit 6 C 64 C Temperatur 1: Vorheizen t pr 2: Durchwärmen t th 3: Halten t ho 4: Abkühlen t co Zeit 55 C 5 C 45 C 4 C Temperatureinfluss bei definierter Zeit (Aluminium, 3 min) -47- -48-

Literatur- und Internethinweise Literaturhinweise Lange, K. (Hrsg.), Umformtechnik, Bd. 1-4, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, 1984, 1988, 199, 1993 Spur, G., Handbuch der Fertigungstechnik, Band 1-3, Karl-Hanser-Verlag, München, Wien, 1984 Kopp, R., Einführung in die Umformtechnik, 2. Aufl., Verlag der Augustinus Buchhandlung, Aachen, 1999 Internethinweise Informationsportal Umformtechnik: www.umformen.de Industrieverband Massivumformung e.v.: www.imu.wsm-net.de Gesamtverband der Aluminiumindustrie: www.aluinfo.de E-Learning zum Thema Aluminium: www.alumatter.info -49-