Table Of ContentUmformtechnik
Handbuch
für Industrie und Wissenschaft
Herausgegeben von Kurt Lange
Band 4: Sonderverfahren,
Prozeßsimulation, Werkzeugtechnik,
Produktion
Zweite, völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage
Mit 554 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Herausgeber:
Dr.-lng. Dr. h. c. Kurt Lange
o. Professor em., Institut für Umformtechnik
Universität Stuttgart
ISBN 978-3-642-63451-2
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Umformtechnik: Handbuch für Industrie und Wissenschaft I hrsg. von Kurt Lange. - Berlin; Heidelberg; New
York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest: Springer
1. Auf!. u. d. T.: Lehrbuch der Umformtechnik
NE: Lange, Kurt [Hrsg.]
Bd. 4. Sonderverfahren, Prozeßsimulation, Werkzeugtechnik, Produktion. - 2., völlig neubearb. und erw. Auf!. -
1993
ISBN 978-3-642-63451-2 ISBN 978-3-642-58047-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-5804 7-5
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©Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993
Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1993
Softcoverreprint of the bardeover 2nd edition 1993
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Satz: K +V Fotosatz, Beerfelden
SPIN: I 0769622 62/3012 5 4 3 2 I -Gedruckt auf säurefreiem Papier
Mitarbeiter
Balbach, R., Dr.-Ing., Mercedes-Benz AG, Stuttgart (Kap. 10, 16)
Hecker, N., Dipl.-Ing., Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart
(Kap. 12)
Dannenmann, E., Dipl.-Ing., Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart
(mitwirkend an Kap. 17)
Dohmann, F., Prof. Dr.-Ing., Fachbereich Maschinentechnik, Umformende
Fertigungsverfahren, Universität Gesamthochschule Paderborn (Kap. 11)
Geiger, M., Prof. Dr.-Ing., Lehrstuhl für Fertigungstechnologie,
Universität Erlangen-Nürnberg (Abschn. 15.7)
Geiger, R., Prof. Dr.-Ing., Press- und Stanzwerk AG, Eschen/Liechtenstein;
Honorarprofessor an der Universität Karlsruhe (TH) (Kap. 3, 4, 19)
Gräber, A., Dr.-Ing., Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart (Kap. 12)
Hankele, K., Dr. Ing., Mercedes-Benz AG, Stuttgart (Kap. 16)
Herlan, Tb. B., Dr.-Ing., Ascometall Schmiedag AG, Hagen (Kap. 2, 20)
Hettig, A., Dr.-Ing., Alusingen GmbH, Singen/Htw. (Kap. 18)
Kaiser, H., Dr.-Ing., Dornier System GmbH, Immenstaad (Kap. 5)
Kollera, H., Dipl.-Ing., Lehrstuhl für Fertigungstechnologie,
Universität Erlangen-Nürnberg (Abschn. 15.7)
Körner, E., Dr.-Ing., L. Schuler GmbH, Göppingen (Kap. 15)
Lange, K., o. Prof. em. Dr.-Ing., Dr. h.c., Institut für Umformtechnik,
Universität Stuttgart (Kap. 1, 2, 5, 13, 14)
Liebig, H. P., Prof. Dr.-Ing. habil., Produktionstechnik/Fertigungstechnik,
Technische Universität Harnburg-Rarburg (Abschn. 12.3)
Müller, H., Dr.-Ing., Danfoss Flensburg GmbH, Flensburg (Kap. 2)
Nehl, E., Dr.-Ing., Walter Druck und Verlag GmbH, Brackenheim-Hausen
(Kap. 7, 18)
Panknin, W., Prof. Dr.-lng., Göppingen (vormals L. Schuler GmbH,
Göppingen) (mitwirkend an Kap. 5)
Roll, K., Prof. Dr.-Ing., Mercedes-Benz AG, Sindelfingen (Abschn. 13.2)
VI Mitarbeiter
Schaub, W., Dr.-lng., Mercedes-Benz AG, Sindelfingen (Kap. 8)
Schmidt, V., Dr.-lng., Institut für Umformtechnik, Universität Stuttgart
(mitwirkend an Kap. 2)
Schröder, G., Dr.-lng., ABB Hochspannungstechnik AG, Zürich/Schweiz
(Kap. 6, 9)
Stilz, M., Dr.-Ing., Labor für Umformtechnik, Fachhochschule für Technik,
Esslingen (Kap. 8)
Tekkaya, A. E., Prof. Dr.-lng., Mech. Eng. Dept.,
Middle East Technical University, Ankara/Türkei (Abschn. 13.2)
Wanheim, T., Prof. Ph. D., Afdelingen for Mekanisk,
Danmarks Tekniske Hojskole, Lynby/Dänemark (Abschn. 13.1)
Weist, Ch., Dr.-Ing., Dipl. Phys., VAW aluminium AG, Grevenbroich (Kap. 17)
Westheide, H., Dr.-lng., Hammerwerk Fridingen GmbH, Fridingen (Kap. 17)
Zeller, R., Dr.-lng., Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen (Kap. 2)
Vorwort
Seit Erscheinen der ersten Auflage dieses Werkes unter dem Titel "Lehrbuch der
Umformtechnik" hat sich die Anwendung umformender Fertigungsverfahren in
der industriellen Produktion und parallel dazu die Verbreiterung und Vertiefung
der technisch-wissenschaftlichen Grundlagen der Umformtechnik weltweit in sich
beschleunigendem Tempo fortgesetzt. Antriebskräfte sind dabei der Zwang zu
wirtschaftlicher Verwendung von Energie und Rohstoffen einerseits sowie die
Nutzung der hohen Produktivität umformender Fertigungsverfahren zur Dämp
fung des Kostenanstiegs in der Produktion andererseits. Eingeschlossen hierin ist
das Bemühen um das Erzeugen möglichst einbaufertiger Werkstücke durch Um
formen oder das Absenken nachfolgender Fertigbearbeitung zur Erzeugung um
formend nicht herstellbarer Geometrieelemente, zum Erzielen besserer Maßge
nauigkeiten und bestimmter Oberflächenfeinstrukturen. Ziel war und ist dabei die
Entwicklung einer "Präzisionsumformtechnik", der auch von 1981 bis 1989 ein
Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft gewidmet war.
Voraussetzung hierfür ist auch die seit Erscheinen der ersten Auflage zu verzeich
nende Intensivierung bei der Entwicklung neuer Werkstoffe mit gezielt gezüchte
ten Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften sowohl für Massiv- als auch
Blechumformung; hingewiesen sei hier stellvertretend auf die neuen hochfesten
tiefziehfähigen Blechqualitäten.
Die Technologie der Umformtechnik wurde durch zahlreiche wissenschaftli
che Arbeiten in den führenden Industrieländern weiterentwickelt und in ihren
Grundlagen vertieft. Erfahrung wird dadurch zunehmend durch quantitativ gesi
chertes Wissen ersetzt. Hierzu trägt nicht nur die weiterhin verbesserte Meßtech
nik in Verbindung mit leistungsfähigeren Geräten zur Datenverarbeitung bei, son
dern besonders auch der zunehmende Einsatz des Rechners zur Prozeß-Analysis
und -Simulation. Moderne Meßtechnik hat auch den breiteren Einbezug tribolo
gischer Phänomene in Grundlagenuntersuchungen für die Umformtechnik er
möglicht. Bei den Werkzeugmaschinen der Umformtechnik zeigt sich ein zuneh
mender Einfluß von numerischen Steuerungen, deren Preis/Leistungs-Verhältnis
durch Einführung der Mikroprozessor-Technik entscheidend verbessert werden
konnte. Bemerkenswerte Erfolge bei der Errichtung zentral gesteuerter komplexer
Fertigungsanlagen und bei der Entwicklung neuer flexibler Steuerungskonzepte
und damit anpassungsfähigerer Maschinen wurden bereits erzielt. Eine zuneh
mende Aktivität in Richtung der Entwicklung flexibler Fertigungseinrichtungen
für kleine und mittlere Stückzahlen von Werkstücken ist deutlich zu beobachten.
VIII Vorwort
Eingeführt in die industrielle Praxis wird schließlich das rechnerunterstützte
"Engineering" (CAE) mit den Teilkomponenten "rechnerunterstütztes Konstruie
ren (CAD)", "rechnerunterstütztes Bearbeiten (CAM)", "rechnerunterstütztes
Prüfen und Messen (CAP)" und "rechnerunterstützte Qualitätssicherung (CAQ)".
Nach ermutigenden Erfolgen in einer Reihe von Großbetrieben finden diese Tech
niken, die sich insbesondere auch auf die Konstruktions- und Arbeitsvorberei
tungsphase auswirken, breiten Eingang in mittlere und kleinere Betriebe. Das
"Computer-integrierte Manufacturing (CIM)" ist damit für den Einbezug der
Umformtechnik bereits weitgehend vorbereitet.
Insgesamt zeigt die Entwicklung seit Erscheinen der ersten Auflage, daß das
Anliegen des "Lehrbuchs der Umformtechnik" auch heute noch gültig ist: je brei
ter und tiefer die Strukturen moderner Umformtechnik werden, desto mehr be
darf es einer nach einem einheitlichen Konzept ausgerichteten Gesamtdarstellung
zur Einführung in die Umformtechnik und zum sicheren Rückgriff auf Grundin
formationen bei laufenden Problemen. Die zweite Auflage erscheint deshalb als
"Handbuch für Industrie und Wissenschaft". Damit wird auch deutlich, daß bei
einer auf so vielen Grundlagenwissenschaften fußenden Technologie wie der Um
formtechnik für eine gedeihliche Weiterentwicklung ein enges Miteinander von
Anwendungspraxis sowie Forschung und Entwicklung nicht nur angezeigt, son
dern zwingend notwendig ist.
Für diese zweite Auflage wurden Ergebnisse der eingangs erwähnten laufen
den Entwicklungen sowohl aus Arbeiten am Institut für Umformtechnik der Uni
versität Stuttgart als auch an anderen Forschungsstellen aus dem Industrie- und
Hochschulbereich im In- und Ausland herangezogen. Aufgrund der starken Aus
weitung des Stoffes wurde nach Fertigstellung von Band 1 eine Erweiterung auf
4 Bände erforderlich. Dabei wird die bewährte Gliederung der 1. Auflage mit den
Bänden 1: Grundlagen, 2: Massivumformung und 3: Blechbearbeitung beibehal
ten; hinzu tritt Band 4: Sonderverfahren, Prozeßsimulation, Werkzeugtechnolo
gie, Qualitätssicherung und wirtschaftlicher Energieeinsatz.
Der vorliegende Band behandelt nach ausführlicher Einführung die Themen
bereiche "Umformen unter besonderen Bedingungen", "Prozeßsimulation und
rechnerunterstützte Konstruktion", ,~erkzeugtechnologie" sowie "Qualitätssiche
rung und wirtschaftlicher Energieeinsatz in der Produktion" in insgesamt 20 Ka
piteln. Entsprechend der schon in den ersten drei Bänden der 2. Auflage erfolgten
Stoffeinteilung in kleine, besser überschaubare Kapitel wurde der erste Themen
kreis in die drei Teile: "Umformen bei bewußt geänderten physikalischen Bedin
gungen" (Kap. 2 bis 5), "Umformen bei besonderen Werkstoffzuständen" (Kap. 6
bis 10) und "Neue Technologien zur Teilefertigung und zum Fügen durch Umfor
men" (Kap. 11 und 12) aufgegliedert.
Für den zweiten Themenkreis bilden die Kapitel 13 und 15 den Schwerpunkt;
das dazwischen angeordnete Kapitel14, das bereits wie Kapitel16 in der 1. Aufla
ge, Band 3, teilweise enthalten war, stellt den Übergang zum stark erweiterten
Themenkreis .~erkzeugtechnologie" (Kap. 16 bis 18) dar. Die Kapitel 19 und 20
runden mit dem vierten Themenkreis den Inhalt ab.
Die Grundlagen der Verfahren werden in den einzelnen Kapiteln vorangestellt.
Maschinen und Einrichtungen werden teils unter Rückgriff auf Kapitel 7 in
Band 1 in den einzelnen Verfahrenskapiteln mitbehandelt. Bei der Darstellung
Vorwort IX
wurde Wert auf leichtfaßliche Einführung in den Stoff einerseits und Darbietung
ausreichender Informationen zur selbständigen Lösung nicht zu spezieller Proble
me andererseits gelegt. Umfangreiche Schrifttumsverzeichnisse am Schluß jedes
Kapitels mit erweiterter Vorstellung von Normen, Richtlinien usw. sollen die Su
che nach detaillierten Informationen erleichtern.
Durch die Erweiterung einiger in der 1. Auflage bereits enthaltener sowie
durch die Aufnahme neuer, umfangreicher Kapitel wuchs der im Interesse des Ge
samtanliegens des vierteiligen Handbuches für Industrie und Wissenschaft liegen
de Umfang von Band 4 so stark an, daß ein nicht mehr vertretbarer Ladenpreis
die notwendige Folge gewesen wäre. Die nachstehend aufgeführten Unternehmen
haben zur Abwendung dieser das Werk gefährdenden Situation Zuschüsse zu den
Herstellungskosten gegeben, die eine deutliche Senkung des Ladenpreises auf das
Niveau der drei bereits erschienenen Bände ermöglichen:
Bayerische Motoren-Werke Aktiengesellschaft
Robert Bosch GmbH
Cray Research GmbH
Danfoss-Flensburg GmbH
EUMUCO Aktiengesellschaft für Maschinenbau
Gebr. FELLS GmbH & Co. KG
Fischerwerke Artur Fischer GmbH & Co. KG
Theodor Gräbener Pressensysteme GmbH & Co. KG
Ernst Grob AG Kaltwalzmaschinen
Lasco Umformtechnik GmbH, Werkzeugmaschinenfabrik
Brich Neumayer GmbH & Co. KG
Carl Dan. Peddinghaus GmbH & Co. KG
PRESTA Press-und Stanzwerk AG
SMS Schloemann-Siemag Aktiengesellschaft
Presswerk Schondelmaier und Söhne GmbH
Thyssen Umformtechnik GmbH
Wieland-Werke AG Metallwerke
Der Herausgeber dankt für diese großzügige Förderung des Anliegens von Band
4 und damit auch der gesamten 2. Auflage. Er konnte dadurch sein Lebenswerk
für die Umformtechnik mit der umfangreichsten und geschlossenstell Gesamtdar
stellung für Industrie und Wissenschaft in deutscher Sprache ohne Abstriche vol
lenden.
Herausgeber und Verfasser hoffen, daß der abschließende vierte Band und die
zweite Auflage insgesamt im Sinne der Zielsetzung der ersten Auflage Ingenieuren
in der Industrie und Studierenden an Hoch- und Fachhochschulen die Einarbei
tung in die Umformtechnik erleichtert und ihnen bei der Lösung von Problemen
eine nützliche Hilfe ist. Sie nehmen die Gelegenheit wahr, dem Springer-Verlag für
die ausgezeichnete Zusammenarbeit bei der Vorbereitung und Drucklegung sowie
für die hervorragende Ausstattung des Bandes Dank zu sagen. Sie bitten schließ
lich den Leser um Kritik, Hinweise und Ergänzungsvorschläge.
Stuttgart, im August 1993 Kurt Lange
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung (K. Lange) .................................. .
Literatur zu Kapitel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Hochleistungs-, Hochenergie-, Hochgeschwindigkeits
umformung (K. Lange; H. Müller; R. Zeller; Th. Herlan
unter Mitwirkung von V. Schmidt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.0 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Verfahren mit auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigten
starren Massen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 Maschinen (Prinzip), Kenngrößen, Kennwerte . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2 Warmmassivumformung (Schmieden) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3 Kaltmassivumformung (Fließpressen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.4 Scheren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Verfahren mit Wirkmedien mit kraftgebundener Wirkung . . . . 20
2.3 Verfahren mit Wirkmedien mit energiegebundener Wirkung . . 21
2.3.1 Umformen mit Schockwellen, theoretische Grundlagen . . . . . . . 21
2.3.2 Explosionsumformung (Einrichtungen, Anwendung) . . . . . . . . . 26
2.3.3 Elektrohydraulische Umformung (Einrichtungen, Anwendung) 29
2.4 Verfahren mit Wirkenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.1 Elektromagnetisches Umformen (Prinzip, Einrichtungen,
Anwendungen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Literatur zu Kapitel 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 Umformen mit hohen hydrostatischen Drücken,
hydrostatisches Strang- und Fließpressen (R. Geiger) 47
3.0 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1 Verfahren des hydrostatischen Strang- und Fließpressens . . . . . 49
3.1.0 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1.1 Beschreibung des hydrostatischen Strangpreßvorgangs . . . . . . . . 50
3.2 Grundlagen des hydrostatischen Strangpressens . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.1 Werkstofffluß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.2 Strangpreßdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2.3 Stick-Slip-Erscheinungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
XII Inhaltsverzeichnis
3.2.4 Optimaler Matrizenöffnungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.5 Rechnerische Ermittlung des Strangpreßdrucks . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3 Anwendungen des hydrostatischen Strangpressens . . . . . . . . . . . 60
3.3.1 Verarbeitbare Werkstoffe und erreichte Umformgrade . . . . . . . . 60
3.3.2 Herstellbare Werkstückformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.3.3 Eigenschaften hydrostatisch umgeformter Werkstücke . . . . . . . . 64
3.4 Werkzeuge zum hydrostatischen Strangpressen . . . . . . . . . . . . . . 66
3.5 Druckmedien und Schmierstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.6 Maschinen zum hydrostatischen Strangpressen . . . . . . . . . . . . . . 69
3.7 Sonderverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3. 7.1 Kontrolliertes hydrostatisches Strangpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.7.2 Dickfilmfließpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.7.3 Kontinuierliches hydrostatisches Strangpressen . . . . . . . . . . . . . . 76
Literatur zu Kapitel 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4 Umformen bei bewußt geändertem Spannungszustand
(R. Geiger) ............................................ . 80
4.0 Einleitung ............................................. . 80
4.1 Einfluß des Spannungszustands
auf das Formänderungsvermögen ........................ . 80
4.2 Anwendung eines hydrostatischen Druckes beim Umformen .. 84
4.3 Umformvorgänge, begrenzt durch das Umformvermögen .... . 86
4.3.1 Strang- und Fließpressen mit Gegendruck ................. . 86
4.3.1.1 Grundlagen ........................................... . 86
4.3.1.2 Konventionelles Fließpressen mit Gegendruck .............. . 88
4.3.1.3 Hydrostatisches Strang- und Fließpressen mit Gegendruck ... . 89
4.3.2 Stauchen, Schmieden, Anstauchen ........................ . 90
4.3.3 Walzen ............................................... . 92
4.3.4 Biegen ................................................ . 92
4.3.5 Schneiden, Scheren ..................................... . 93
4.4 Umformvorgänge, begrenzt durch das
Krafteinleitungsvermögen ............................... . 94
4.4.1 Drahtziehen unter hohem Flüssigkeitsdruck ................ . 95
4.4.2 Tiefziehen unter hohem Flüssigkeitsdruck ................. . 97
Literatur zu Kapitel 4 ........................................... . 98
5 Umformen unter Anwendung überlagerter
mechanischer Schwingungen (H. Kaiser; K. Lange
unter Mitwirkung von W. Panknin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.0 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 0
5.1 Theoretische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.2 Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.1 Draht- und Rohr-Gleitziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.1.1 Draht-Gleitziehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.2.1.2 Draht-Gleitziehen in ultraschallerregten Schmierstoffen . . . . . . . 107
