Überblick über die Verfahren der Umformtechnik

  1. Grundlagen der Umformtechnik
  2. Überblick über die Verfahren der Umformtechnik
  3. Einsatzgebiete und Möglichkeiten der Umformverfahren
  4. Implementierung und Kosten von Umformverfahren

Grundlagen der Umformtechnik

Umformtechnik beschreibt eine Gruppe von Verfahren, mit der überwiegend metallische Stoffe ohne Hinzufügen oder Wegnahme von Material in eine andere Form gebracht werden. Dabei wird zwischen der Blech- und der Massivumformung unterschieden. Die Massivumformung wird darüber hinaus in die drei Bereiche

  • Kaltumformung
  • Halbwarmumformung
  • Warmumformung

unterteilt.

In der Umformtechnik wird mithilfe von Kraft eine Ausgangsgeometrie in einem oder mehreren Schritten zur gewünschten Geometrie umgeformt. Innerhalb der Umformtechnik werden verschiedene Gruppen unterschieden (siehe Bild 1).

 5 Hauptgruppen der Umformverfahren

Bild 1: Gliederung der 5 Hauptgruppen der Umformverfahren

(Quelle: Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik – Grundlagen, Technologien, Maschinen. Springer Vieweg, doi: 10.1007/978-3-662-43891-6)

Durch Umformen kann eine große Vielfalt an Bauteilen hergestellt werden, beispielsweise Pleuel oder Kurbelwellen. Der Vorteil an Verfahren der Umformtechnik ist zum einen die gute Materialausnutzung sowie der beanspruchungsgerechte Faserverlauf gegenüber spanabtragenden Verfahren oder Gießverfahren (siehe Bild 2). Umformverfahren können nicht nur wie in Bild 1 nach DIN 8582 geordnet werden, sondern beispielsweise auch nach Freiformschmieden und Gesenkschmieden. Bei ersterem hat das Werkstück mehr Raum zum Ausdehnen als benötigt, während es bei letzterem in eine definierte Form gezwungen wird.

Vorteile des Schmiedeverfahrens im Vergleich zu Gieß- und Zerspanverfahren

Bild 2: Vorteile beim Schmieden durch geschlossenen Faserverlauf gegenüber Gieß- und Zerspanprozessen

(Quelle: Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik – Grundlagen, Technologien, Maschinen. Springer Vieweg, doi: 10.1007/978-3-662-43891-6)

Überblick über die Verfahren der Umformtechnik

Umformverfahren formen eine Ausgangsgeometrie um, die häufig ein stranggepresster quadratischer oder zylindrischer Stangenabschnitt ist. Die verwendeten Umformmaschinen sind meist Pressen (zum Beispiel Spindelpresse, Hydraulische Presse, Kniehebel-, oder Exzenterpresse) oder Hämmer. Umformverfahren können auch kombiniert werden, z. B. Freiform- und Gesenkschmiedeverfahren auf unterschiedlichen Umformmaschinen, um so eine möglichst ressourceneffiziente und kostengünstige Stadienfolge zu erhalten. Ziel ist es durch eine geeignete, wirtschaftlich effiziente Stadienplanung und Prozessauslegung in kurzer Zeit das gewünschte Bauteil effizient zu fertigen.

Beispiele für Verfahren der Gruppe des Gesenkformens sind:

  • Gesenkschmieden
  • Hydroforming
  • Stanzen

Beim Gesenkschmieden bzw. Gesenkformen, einer Untergruppe innerhalb der Umformtechnik, wird das Bauteil zwischen zwei Werkzeughälften umgeformt. Letztere weisen jeweils die negative Gravur des Bauteils auf. Beim Hydroforming, auch Innenhochdruckumformen genannt, werden Rohre mit Hilfe eines beaufschlagten Drucks durch ein Medium lokal im Durchmesser und der Geometrie vergrößert. Durch eine Stanzoperation ist es möglich, Bauteile mit definierter Geometrie aus einem Verbund herauszutrennen.

Gesenkschmieden kommt meist bei massiven Bauteilen zum Einsatz, während Hydroforming für hohle Bauteile und Stanzen bei Blechen angewandt wird. Massivumformteile, Rohre und Bleche können alle bei Bedarf gebogen werden, da Biegen ein Beispiel für ein universell einsetzbares Verfahren der Umformtechnik darstellt.

Einsatzgebiete und Möglichkeiten der Umformverfahren

Umgeformte Bauteile werden in diversen Branchen eingesetzt. Massivumgeformte Bauteile finden sich beispielsweise im Verbrennungsmotor eines Personenkraftwagens, in Umformmaschinen oder als Werkzeuge. Bleche werden für Gehäuse und Verkleidungen eingesetzt sowie – ebenso wie massivumgeformte Bauteile – auch für sicherheitsrelevante Anwendungen, etwa in Flugzeug- oder Fahrzeugkarosserien. Der Vorteil gegenüber massivumgeformten Bauteilen ist das verringerte Gewicht, was vor allem bei sich bewegenden oder fliegenden Objekten – insbesondere Kraftfahrzeugen und Flugzeugen – wichtig ist. Zudem weisen Bleche eine hohe Oberflächengüte auf und müssen nicht spanend nachbearbeitet werden. Der Nachteil gegenüber massivumgeformten Bauteilen ist die verringerte dynamische Belastbarkeit sowie die Gefahr der Durchbiegung.

Ein weiteres Beispiel für umgeformte, gewalzte Bleche sind Rohrleitungen, die je nach zu transportierendem Medium beispielsweise resistent gegen Säure oder Rost sein müssen. Anforderungen wie diese führen zu einer Vielzahl an Rohren unterschiedlicher Wandstärke, Durchmesser und Länge. Mit zunehmender Länge eines Rohres steigt die Durchbiegung, während die Handhabbarkeit beim Installieren sinkt. Mehrere kürzere Rohre führen jedoch zu mehr Übergangen, welche abgedichtet werden müssen. Rohre sind als Hohlkörper einzig fähig, Medien ohne Kontakt zur Umgebung zu transportieren. Dies sind nur einige wenige Beispiele, wozu Bauteile eingesetzt werden können, die durch verschiedene Umformverfahren hergestellt wurden.

Um die Vorteile verschiedener Bauteile zu kombinieren, ist es möglich, massivumgeformte Bauteile auf mögliche Material- und damit Gewichtseinsparungen zu prüfen. Bleche und Rohre können gegen Durchbiegung mit Versteifungsstreben verstärkt werden. Allgemein ist es durch neue Werkstoffe möglich, die Eigenschaften von umgeformten Bauteilen gezielt zugunsten Kostenreduzierung von Umformverfahren oder verbesserten Festigkeitseigenschaften zu beeinflussen.

Implementierung und Kosten von Umformverfahren

Der Beginn einer effizienten Stadienfolge zur Herstellung von Umformbauteilen ist eine erfolgreiche Prozessauslegung und Stadienplanung. Diese beiden Schritte legen auch in der Umformtechnik alles Wesentliche für die Produktion und deren Effizienz fest.

Der ausgelegte Wunschprozess kann jedoch nicht immer umgesetzt werden, da verschiedene Randbedingungen beachtet werden müssen. Aus technischer Sicht muss der Prozess auf den vorhandenen Anlagen und mit der zur Verfügung stehenden Kraft durchführbar sein. Aus wirtschaftlicher Sicht muss eine Amortisierung in vorgegebener Zeit sichergestellt werden. Letzteres bedeutet, dass es gerade für kleinere Stückzahlen nicht lohnt, ein teureres Umformverfahren zu implementieren und eine kostengünstigere Alternative aus der Umformtechnik geprüft werden sollte.

Gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) besitzen häufig nicht die personellen Kapazitäten oder entsprechende Fachleute für eine Prozessauslegung und Stadienplanung, sodass eine Vergabe von solchen Arbeiten an Industriedienstleister wirtschaftlich ist. Dem Kostenaufwand für das Unternehmen stehen mitunter erhebliche Einsparungen gegenüber – etwa ein verringerter Materialeinsatz aufgrund von Gratreduzierung oder eine geringere Durchlaufzeit durch eine verringerte Anzahl an Stadien.

Durch eine externe Vergabe kann das Unternehmen auf das Wissen von Fachexperten zurückgreifen, die durch ihre Erfahrung meist schneller eine geeignete Lösung finden. Darüber hinaus können eigene Mitarbeiter weiterhin ihren Routinearbeiten nachgehen und stellen so die Bearbeitung des Tagesgeschäfts sicher.

Umformtechnik und Umformverfahren gehören zu den Fachgebieten, mit denen sich das Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) als Forschungsreinrichtung und Dienstleister intensiv beschäftigt. Die im Rahmen zahlreicher Projekte und aktueller Forschung gewonnenen Erfahrungen können an Interessenten zur Optimierung der Umformtechnik weitergegeben werden. Durch diese Unterstützung lassen sich die Vorteile bei der Auswahl, Bewertung und Umsetzung von Umformtechnik und Umformverfahren wahrnehmen.

Um sich über die Dienstleistungen des IPH im Bereich Umformtechnik zu informieren, klicken Sie bitte hier.

Unsere Angebote zur Umformtechnik

Sie benötigen Beratung zu Umformverfahren oder Unterstützung bei der Auslegung von Umformprozessen? Das IPH bietet Dienstleistungen im Bereich Umformtechnik an. Wir unterstützen Sie unter anderem dabei, Ihre Umformprozesse effizienter zu gestalten, den Materialeinsatz zu reduzieren und die Durchlaufzeit zu verkürzen. Weitere Informationen zu unseren Angeboten, Beratungsdienstleistungen und unserer Expertise erhalten Sie hier: 

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Dr.-Ing.

Jan Langner

Abteilungsleiter Prozesstechnik