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Folie 1
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
7. Vorlesung
Umformende Werkzeugmaschinen
Folie 2
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
• Definition und Einteilung der Verfahren
• Vergleich Umformen - Trennen
• Werkstofftechnische Grundlagen
• Überblick über Umformmaschinen
• Pressen
• Sonderverfahren
Inhalt der Vorlesung
Folie 3
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Definition
Umformen ist die gezielte Änderung der Form, der Oberfläche und der Werkstoffeigenschaften eines Werkstücks unter Beibehaltung von Masse und Stoffzusammenhang.
Eingliederung des Umformens in DIN 8580
Urformen
Fügen Beschichten Stoffeigenschaftändern
TrennenUmformen
Folie 4
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Umformen
Wal
zen
Frei
form
enG
esen
kfor
men
Eind
rück
enD
urch
drüc
ken
Dur
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Tief
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g
Vers
chie
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n
Bie
gen
mit
dreh
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erkz
eugb
eweg
ung
Vorwiegend zur Massivumformung eingesetzte Verfahren
Vorwiegend zur Blechumformung eingesetzte Verfahren
Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen
Einteilung der Fertigungsverfahren des Umformens nach DIN 8582
Folie 5
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
MassivumformungÜberführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine andere Form, bei der der Werkstoff, bei teils sehr großen Querschnitts- und Wanddickenänderungen, in alle Richtungen verteilt wird.
BlechumformungÜberführung der gegebenen Form eines festen Körpers in eine andere Form bei der aus flächenhaft zu beschreibenden Rohteilen Hohlwerkstücke mit annähernd konstanter Wanddickeerzeugt werden.
Quelle: AVL Schrick/Schuler
Massivumformung - Blechumformung
Folie 6
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Prinzipien einiger Fertigungsverfahren des Umformens
Druckumformen Zugdruckumformen Zugumformen Biegeumformen Schubumformen
Walzen Durchziehen Längen Biegen mit geradliniger Werk-zeugbewegung
Verdrehen
Freiformen Tiefziehen Weiten
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Verschieben
Durchdrücken Kragenziehen Tiefen
Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 1: Maschinenarten, Bauformen und Anwendungsbereiche
Folie 7
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Vergleich Umformen - Trennen
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Umformverfahren Trennende Verfahren
Vorteile- kein Abfall- kurze Fertigungszeiten- Festigkeitserhöhung
- flexible Bearbeitung- alle Werkstoffe bearbeitbar- geringe Investitionskosten- hohe Genauigkeit
Nachteile- hohe Kräfte erforderlich- hohe Investitionskosten- geringe Flexibilität
- lange Fertigungszeit- Späneabfall- Kerbwirkung durch unterbrochenen Faserverlauf
Haupt-anwendungs-gebiete
- Massenfertigung- Karosserien für den Fahrzeugbau
- Normteile(Schrauben, Niete)
- Einzel- und Serienfertigung- Bauteile mit hoher Genauigkeit(Form, Lage, Oberfläche)
- Bauteile aus nicht umformbarenWerkstoffen (Granit, gehärteter Stahl)
Folie 8
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Ausgangszustand,unverzerrt
verzerrt Ausgangszustand Abgeglitten
Elastische Verformung:• reversibel•Verzerrung der Gitterstruktur•Rückstellkräfte im Atomverband bewirken Wiederherstellung des Ursprungs-zustands
• linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Verformungsweg (Energieelastizität)
Plastische Verformung:• irreversibel •Veränderung der Gitterstruktur•Atomreihen verschieben sich beim Überschreiten einer bestimmten Grenzspannung innerhalb der Kristalle gegeneinander (Hauptmechanismus), zusätzlich Zwillingsbildung und Korngrenzengleiten
Verformungsmechanismen
Ausgangszustand, unverzerrt
verzerrt Ausgangszustand abgeglitten
Folie 9
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Erreichen einer Mindestspannung (Fließspannung)
Vorhandensein von Versetzungen im Atomgitter
Plastische Verformung besteht in einem sukzessiven Wandern von Versetzungen unter der Wirkung von Schubspannungen.
Voraussetzungen für eine plastische Verformung
Stufenversetzung Schraubenversetzung
GleitebeneGleitebene
Verset-zungslinie t
Versetzungslinie t b: Burgers-Vektor
Folie 10
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Werkstoffe: In der Regel werden in der Umformtechnik Werkstücke aus Metall, bzw. aus schmelzmetallurgisch oder pulvermetallurgisch hergestellten Metall-Legierungen oder Verbundwerkstoffe verarbeitet.
Wichtige Kenngrößen:
Fließspannung k = FAf
Querschnittsfläche A
Zugkraft F
l1l0
Formänderung = lnϕl
l
l1
0
Werkstoffe und Kenngrößen
Folie 11
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
© ReimmannSchwenkbiegemaschine
Kniehebelpresse
Beispiele für Umformmaschinen
Werkstücke:BlechgehäuseBlechverkleidungen
Werkstücke:ProfilblecheFassadenbleche
Werkstück
Stempel
Matrize
Werkstück
Klemmbacke
Wange
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
© Schuler
Tiefen
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Folie 12
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
© Kärcher-Zell
© MetalpresWalzmaschine
Rollbiegemaschine
© Schuler
Beispiele für Umformmaschinen
Werkstücke:AuspuffrohreÜberrollbügel
Werkstücke:Feinbleche
Werkstück
Walzen
Werkstück
Richtwalzen
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Biegen mit drehender Werkzeugbewegung
Folie 13
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
• Einzelhubzahl im Leerlauf und unter Last• Dauerhubzahl• Auftreffgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Hub• Stößelgeschwindigkeit• Berührzeit
Zeitkenngrößen
• Arbeitsvermögen• Energieinhalt• Drehzahlabfall• Federarbeit
Energiekenngrößen
• Nennkraft• Presskraft in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel• Niederhalterkraft• Auswerfkraft in Tisch und Stößel• Kraft-Weg-Kennlinie• Tischbelastungsschaubild
Kraftkenngrößen
• elektrischer Anschluss• Gesamtgewicht• Gesamtabmessungen• Fundamentierung• Arbeitssicherheit und Arbeitsschutz
Bedingungen am Aufstellplatz
• Hub• Werkzeugbauhöhe• nutzbare Tisch- und Stößelfläche• Stößel- und Tischverstellung• Abmessungen der Ständerdurchbrüche
Geometrische Kenngrößen
• Ebenheit und Parallelität der Werkzeugaufspannfläche• Rechtwinkligkeit der Stößelbewegung• Tisch und Stößeldurchbiegung• Gesamtkippung zwischen Tisch und Stößel• Spiel in Führungen und Triebwerk
Genauigkeitskenngrößen
Kenngrößen
Umform-
maschinen
Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 1: Maschinenarten, Bauformen und Anwendungsbereiche
Folie 14
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Einteilung nach Maschinenart und -funktion (DIN 69 651)
Maschinenzum Umformenmit Wirkmedien
Pressen WalzmaschinenHämmer Biegemaschinen Ziehmaschinen
• Gesenkbiege-pressen
• Rollbiege-maschinen
• Walzbiege-maschinen
• Schwenkbiege-maschinen
• Umlaufbiege-maschinen
• Maschinen für freies Biegen
• Automat für Drähte, Bänder
• Schabotte-hammer
• Gegenschlag-hammer
• Mechanische Pressen
• Schwunggrad-spindelpressen
• Hydraulische Pressen
• Pneumatische Pressen
• Langwalz-maschinen
• Querwalz-maschinen
• Schrägwalz-maschinen
• Sonderwalz-maschinen
• Gleitzieh-maschinen
• Walzzieh-maschinen
• Streckricht-maschinen
• Maschinen zum Weiten mit Werkzeugen
• Streckzieh-maschinen
• Wirkmedien mit kraft-gebundener Wirkung
• Wirkmedien mit energie-gebundener Wirkung
• Maschinen zum Umformen mit Wirkenergie
Werkzeugmaschinenfür die Metallbearbeitung
Werkzeugmaschinenzum Umformen
Werkzeugmaschinenzum Trennen
Werkzeugmaschinenzum Fügen
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 15
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Weg-Zeit-Gesetz derStößelbe-wegung
w pA
t
h
t
h
t
h
t
h frei steuerbar
t
h
n
l
r
nr
h
Prinzip
Beispiel
energiegebunden weggebunden kraftgebunden
Fallhammer Spindelpresse Exzenter-presse
Kniehebel-presse
HydraulischePresse
Charakter.Kenngröße
Masse (m)Geschwindigkeit (v)
Radius (r)Masse (m)Winkelge-schwindigkeit (w)
Radius (r)Drehzahl (n)
Radius (r)Drehzahl (n)Kniegeometrie
Druck (p)Kolbenfläche (A)
v
m
Vorteile- geringe Investi-
tionskosten- hohe Umform-geschwindigkeit
- große Endkräfte,- geringe Arbeits-geschwindigkeit
- hohe Arbeitsge-nauigkeit,
- hohe Umform-energie
- hohe Produktivität,- einstellbare
Hublänge
- flexibles Weg-Zeit-Verhaltendes Stößels
rm
Grundsätzliche Funktionsprinzipien
h
Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 1: Maschinenarten, Bauformen und Anwendungsbereiche
Folie 16
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
b) Doppelständerbauweise
A) C-Gestellformen
B) O-Gestellformen
a) Einständerbauweise
c) Rahmenbauweise d) Säulenbauweise
Bauformen und Bauarten von Gestellen
Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 2: Konstruktion und Berechnung
Folie 17
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Pressen
• mechanische und hydraulische Pressen• einfach und doppelt wirkende Pressen• Pressenstraßen• Transferpressen• Presswerke
© Schuler
Folie 18
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Prinzipieller Aufbau mechanisch und hydraulisch angetriebener Pressen
Antrieb
Pressenkopf
Stößel
Ständer
Werkzeug
Pressentisch
Dämpferelemente
Antrieb
Pressenkopf
Stößel
Ständer
Werkzeug
Pressentisch
Dämpferelemente
Quelle: Weck, Brecher: Werkzeugmaschinen. Band 1: Maschinenarten, Bauformen und Anwendungsbereiche
Folie 19
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
einfach wirkende Presse doppelt wirkende Presse
Ziehvorgänge auf einfach und doppelt wirkenden Pressen
Ziehstößel
Auswerfer
Zieheinrichtung
Blechhalterstößel
Stempel
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 20
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Pressenstraßen sind hintereinander gereihte Einzelpressen, die meist durch Handhabungsmaschinen verkettet sind.
Roboterautomatisierte hydraulische PressenstraßeQuelle: SMG
Pressenstraßen
Folie 21
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Verkettung einer Pressenstraße durch automatisierten Werkstücktransport
Automatisierter Teiletransport bei Pressenstraßen
Einlegefeeder
CNC-Feeder CNC-Feeder
WenderWaschmaschine Zwischenablage
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 22
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Vorteile im Vergleich zu Pressenstraßen
• Platzbedarf bis zu 70 % reduziert• Reduzierung der zu installierenden Leistung um 50 %
• Senkung der Investitionskosten um 40 %
• hohe Transport-geschwindigkeiten Senkung der Nebenzeiten
Hohe Wirtschaftlichkeit
Anschlag Stößel Auswerfer
Zieheinrichtung
erster Zug zweiter Zug
Tischplatte
Randbeschneiden
Randhochstellen
Transferpressen
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Alle zur Herstellung eines Werkstücks erforderlichen Arbeitsoperationen werden in einerPresse zusammengefasst und annähernd gleichzeitig durchgeführt. Es wird mit jedemStößelhub ein Teil gefertigt.
Folie 23
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Großteil-Transferpresse für Karosserieteile
Transferpressen mit automatisiertem Teiletransport
Quelle: Müller Weingarten
Mechanischer Greiferschienentransfer für den Teiletransport
Folie 24
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Transferpresse für kleineund mittelgroße Teile
Transfersimulatoren Fertigteillager Werkzeuglager
Tryoutcenter
Pressenlinie
Großteil-Transferpresse mitGreiferschienen-Transfer
Großteil-Transferpresse mitSaugerbrücken-Transfer
Platinen-paketwinder
Coils
Platinen-schneidanlage
(SCHULER)
Komponenten eines Presswerks
Transferpresse für kleineund mittelgroße Teile
Transfersimulatoren Fertigteillager Werkzeuglager
Pressenlinie
Tryoutcenter
Großteil-Transferpresse mitGreifschienen-Transfer
Großteil-Transferpresse mitSaugerbrücken-Transfer
Coils
Platinen-schneidanlage
Platinen-paketwender
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 25
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Presswerk
12
3
4
6
13
9
2
5
8
10
11
7
1
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
1) Coillager
2) Platinenschneidanlage
3) Palettenzwischenlager
4) Platinenzwischenlager
5) Greiferschienen-Transferpresse
6) Werkzeuglager für 5)
7) Fertigteilgestelle für 5)
8) Saugerbrücken-Transferpresse
9) Werkzeuglager für 8)
10) Fertigteilgestelle für 8)
11) zum Fertigteil-zwischenlager
12) Büro und Sozialräume
13) Werkzeugreparatur und Reinigung
Layout eines Presswerks mit Materialfluss
Folie 26
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Sonderverfahren
• Innenhochdruckumformung• Impulsmagnetische Umformung
Stoßstromanlage für die impulsmagnetische Umformung
Folie 27
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Das Verfahren basiert darauf, dass ein Rohr aufgeweitet, dabei axial oder radial gestaucht und durch einen Kalibrierdruck gegen die Werkzeugwand expandiert wird.
1. Presse schließen 2. Füllen mit Druckmedium
Gegenhalter
Rohr
Werkzeugformhälfte
Dichtstempel
3. Horizontalzylinder anfahren, Druck regeln, Gegenhalter führen
4. Presse öffnen, Teil ausstoßen
Innenhochdruckumformung (IHU)
NebenformT-Stück
Quelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 28
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Innenhochdruckumformung
Füllventil
Stößelzylinder
Stößel
Gegenhalter
Horizontalzylinder
Druckbalken mit Stützrolle
Vier-Säulen-IHU-PresseRahmen-IHU-PresseQuelle: Schuler GmbH, Handbuch der Umformtechnik
Folie 29
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
IHU - Anwendungen
© Schuler
Abgaskrümmer© Schuler
Querträger
© Schuler
Längsträger (im Herstellungsprozess)Fahrradlenker
© Premtec
Folie 30
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
Die impulsmagnetische Umformung nutzt die Kraftwirkung eines Impulsmagnetfeldes zur Umformung elektrisch leitfähiger Werkstücke.
Impulsmagnetische Umformung (IMU)
Vorteile
• hohe Wiederholgenauigkeit (wenige Parameter)
• Berührungsloses Verfahren• auch Werkstücke mit nichtleitender
Beschichtung umformbar• Kaltumformung• keine Emission von Schadstoffen
Nachteile• nicht zur Massivumformung
geeignet• schlechter Wirkungsgrad bei
großflächiger Umformung von Blechen
Folie 31
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
IMU - Verfahrensvarianten
Folie 32
Umformende WerkzeugmaschinenSS 2008 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine II – VL 7
Verfahrenseinteilung Umformmaschinen Pressen SonderverfahrenWerkstofftechnik
IMU - Anwendungen
© IFUTEC
Fügeverbindung an einem Kraftstoffeinfüllstutzen
Kompressionsspule
Flachspule
Flachspule
Expansionsspule
durch Kompression gefügte PKW - Antriebswelle
© IWF, TU-Berlin
© Maxwell Magneform Inc.
flachumgeformte Aluminiumreflektoren
Fügen durch Expansion© IWF, TU-Berlin