Fertigungstechnologien und Umformverfahren

Punkt 13

1. Fertigungstechnologien

Die Fertigungstechnologie ist eine geordnete Menge verschiedener Transformationsprozesse, denen ein Material während der Herstellung unterzogen wird.

Anforderungen an das gefertigte Stück

• Muss bereit sein, in einer Baugruppe montiert zu werden.
• Muss dem im Voraus festgelegten Design entsprechen.
• Muss angemessene Kosten (sowohl Material als auch Energie) aufweisen.
• Muss eine Kontrolle zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit bestehen.

2. Umformung durch Schmelzen und Gießen

Eine Form ist ein Behälter oder Hohlraum, in den Material im Schmelzzustand eingeführt wird. Dort verfestigt es sich und nimmt die Gestalt dieses Hohlraums an.

Bestandteile der Form

• Unterteil (Bottom): Enthält den größten oder halben Teil der Kontur des herzustellenden Werkstücks.
• Oberteil (Top): Enthält die andere Hälfte der Kontur des Werkstücks.

Elemente der Gussform

• Einfüllöffnung, Gießtrichter und Gießkanal: Ermöglichen die Einführung des Materials im Schmelzzustand.
• Massalota (Steiger/Speiser): Materialreserve.
• Kern: Stück, das einen Hohlraum für den zu formenden Teil erzeugt.

Formtypen

• Dauerform (Permanent): Kann wiederholt verwendet werden, um viele gleiche Teile herzustellen.
• Verlorene Form: Wird nach dem Gussvorgang zerstört.

2.1 Der Gießvorgang

Sobald das Material abgekühlt und verfestigt ist, wird die Form geöffnet oder zerstört, um das Stück zu entnehmen.

3. Schwerkraftgießen

Das geschmolzene Metall wird in die Form gegossen, wobei es sich aufgrund seines Eigengewichts nach unten bewegt und die Form füllt.

3.1 Sandguss

Sand wird als Rohmaterial verwendet und sollte einen möglichst hohen Siliziumdioxidanteil aufweisen. Es wird die verlorene Form verwendet.

Ablauf des Sandgusses

1. Vorbereitung des Modells.
2. Konfiguration des Ober- und Unterteils der Form.
3. Komplette Montage des Werkzeugs.
4. Einfüllen des geschmolzenen Materials.
5. Entnahme des Stücks.

3.2 Schalenformguss

Der Prozess gliedert sich in 4 Schritte:

1. Vorwärmung
2. Entleerung/Einfüllen
3. Verfestigung des Metalls
4. Öffnen der Form

3.3 Wachsausschmelzverfahren (Feinguss)

Es ist eines der ältesten Verfahren. Es ist recht teuer und nicht sehr profitabel.

Ablauf

1. Vorbereitung des Wachsmodells.
2. Erstellung der Ummantelung (Form).
3. Ausschmelzen des Wachses.
4. Vorbereitung der Gussform (Gießen).
5. Extraktion des Stücks.

4. Druckguss

Erfolgt durch die Einführung der geschmolzenen Metallmasse in eine Dauerform mittels verschiedener Verfahren.

Techniken

• Zentrifugalkraft: Das Werkzeug dreht sich um eine horizontale oder vertikale Achse. Die während der Rotation entstehende Zentrifugalkraft zwingt das geschmolzene Metall, den Formhohlraum zu füllen.
• Injektion (Spritzguss): Das flüssige Metall wird durch eine Maschine in die Form injiziert. Die Injektion kann über den Trichter mittels eines Kolbens oder Druckluft erfolgen.

5. Umformung

Industrielle Umformprozesse bestehen darin, Material Kräften auszusetzen, die die Elastizitätsgrenze überschreiten, wodurch eine bleibende plastische Verformung entsteht.

Arten der Verformung

• Elastisch: Das Material nimmt seine ursprüngliche Form wieder an, nachdem die Verformungskraft entfernt wurde.
• Plastisch: Das Material nimmt seine ursprüngliche Form nicht wieder an (bleibende Verformung).

Grundlegende Prozesse

• Druck
• Zug

6. Schmieden

Schmieden ist ein Warmumformverfahren, bei dem das Material großen Kräften und Belastungen ausgesetzt wird.

Typische Materialien

• Reine Metalle (Al, Cu, Fe, Zn)
• Legierungen (Al + Mg)

Art des Werkstücks

• Fertigteil (Endform)
• Rohteil (Annäherung an die Endform)

Je nach Art der Krafteinwirkung unterscheidet man manuelles oder mechanisches Schmieden.

Phasen

1. Erhitzen
2. Schmiedevorgänge
3. Ausreichende Kühlung

6.1 Erhitzen des Werkstücks

Beim manuellen Schmieden findet diese Phase in der Esse statt.

Typen von Essen (Fargues)

• Mobile Essen: Sind tendenziell metallisch.
• Stationäre Essen: Dienen zur Durchführung der Arbeit.

6.2 Der Schmiedeprozess

Wird durchgeführt, sobald das Material die Schmiedetemperatur erreicht hat.

Werkzeuge

• Manuelles Schmieden: Ambosse, Hämmer, Zangen.
• Mechanisches Schmieden: Werkzeugmaschinen (Hämmer, Pressen).

Klassifizierung nach Modus Operandi

• Mechanische Pressen
• Hydraulische Pressen
• Leichte Arbeiten / Schwere Arbeiten

Schmiedevorgänge

• Strecken/Recken: Besteht darin, ein Stück durch Querschnittsreduzierung zu verlängern.
• Absetzen/Einschnüren: Besteht darin, den Querschnitt eines Teils des Stücks zu reduzieren.
• Stauchen: Die Umkehrung des Streckens, d.h. Material in einem bestimmten Bereich zu konzentrieren.
• Stanzen: Zum Erzeugen von Löchern im Werkstück.
• Schneiden/Trennen: Besteht darin, Abschnitte zu trennen und das Material in Stücke der gewünschten Größe zu teilen.
• Biegen: Ermöglicht das Biegen des Werkstücks.

7. Heißprägen (Gesenkschmieden)

Beinhaltet das Formen des Metalls zwischen zwei Gesenken (Metallformen) durch Kompression.

Phasen

1. Vorbereitung des Rohlings.
2. Prägen: Das Stück wird zwischen den Gesenken geformt.
3. Fertigstellung: Das überschüssige Material oder Grate werden abgeschnitten.

8. Extrusion (Strangpressen)

Das Metall wird unter Druck durch eine entsprechend geformte Öffnung (Matrize) gepresst, wodurch es fließt.

9. Walzen (Laminieren)

Besteht darin, Metall kontinuierlich zwischen zwei gegenläufig rotierenden Walzen hindurchzuführen. Das Warmwalzen wird als eine Art kontinuierliches mechanisches Schmieden betrachtet.

Typen von Walzgerüsten

• Duo
• Trio
• Doppel-Duo

9.1 Der Walzprozess

Der Prozess besteht aus drei Phasen:

1. Vorwalzen (Bearbeitung): Entfernt Unebenheiten und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche.
2. Mittelwalzen: Erzeugt eine Querschnittsreduzierung und liefert Halbfertigprodukte.
3. Fertigwalzen: Erzeugt die endgültige Form aus den Halbfertigprodukten.

10. Kaltumformung

Besteht darin, das Material einem Kompressionsverfahren unter Druck mittels einer Presse zu unterziehen.

Vorteile gegenüber der Warmumformung

• Reduziert die Herstellungskosten.
• Die fertigen Stücke weisen eine sehr gute Oberflächenqualität auf.

Prozesse

• Prägen (Münzen)
• Biegen/Krümmen
• Tiefziehen
• Strecken

11. Zugumformung (Ziehen)

Bezieht sich auf die Verformung eines duktilen Materials durch kalibrierte Öffnungen, die als Ziehsteine bezeichnet werden.

Techniken

• Ziehen (Estiratge): Die verwendete Vorrichtung, die Ziehbank, besteht aus einem Ziehstein, einem beweglichen Wagen und einer Klemmvorrichtung.
• Drahtziehen (Trefilatge): Die verwendete Vorrichtung, die Drahtziehbank, besteht aus einer Abwickelvorrichtung, dem Ziehstein und der Aufwickelspule.