Umformen: Vor- und Nachteile

Umformung ist der Begriff für eine breite Palette von Fertigungsverfahren, bei denen die Form eines Rohmaterials in ein Produkt umgewandelt wird. Dieser Prozess wird auch als "plastische Verformung" bezeichnet, d. h. die dauerhafte Verformung, die auftritt, wenn ein Material verschiedenen Methoden unterworfen wird, z. B. Biege-, Druck-, Torsions- oder Zugspannungen. Diese Spannungen führen dazu, dass sich das Material biegt, verdreht, verformt, schert, dehnt oder staucht. Ein weiterer gängiger Begriff in der Fertigung ist "Metallumformung". Diese Verfahren werden häufig für Produkte in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilindustrie, im Bauwesen und in anderen Fertigungsbereichen eingesetzt.

Der zunehmende Einsatz von automatisierten Maschinen, einschließlich Werkzeugwechslern, Robotern und automatisierten Materialhandhabungssystemen, hat die Qualität und Effizienz im Metallumformungssektor verbessert. Dieser verstärkte Einsatz von Technologie hat zu mehr Flexibilität und Reaktionsfähigkeit auf dem Markt geführt. Infolgedessen wird für die Metallumformungsbranche in absehbarer Zukunft ein Wachstum prognostiziert.

Die Umformung von Metallerzeugnissen wird im Allgemeinen durch drei Arten von Verfahren charakterisiert. Sie sind: Blechumformung, Massivumformung und Pulvermetallumformung.

Bei der Blechumformung werden häufig hydraulische Pressen verwendet, um Teile entweder mit Scher- oder Zugkraft zu verformen. Um das Metall plastisch zu verformen, müssen Kräfte eingesetzt werden, die deutlich über der Streckgrenze der Metallwerkstoffe liegen. Weitere Verfahren wie Biegen, Quetschen und Scheren gehören zu den Arbeitsgängen.

Die Blechumformung umfasst die folgenden Verfahren:

• Biegen - Bei diesem Vorgang wird das Material mit einer Matrize gepresst, um einen bestimmten Winkel zu erzeugen.
• Kräuseln - Bei diesem Blechverfahren werden die scharfen und rauen Kanten des Materials geglättet.
• Tiefziehen - Bei diesem Verfahren, das auch "Napfziehen" genannt wird, wird das Material über eine hohle, napfförmige Matrize gelegt, und ein Stempel drückt das Material in den Hohlraum der Matrize, bis es die Form des Werkzeugs annimmt.
• Hydroforming - Bei diesem Verfahren wird eine Hydraulikflüssigkeit unter hohem Druck verwendet, um Materialien in einer Matrize in die gewünschte Form zu bringen. Zu den gängigen Werkstoffen gehören Aluminium, Messing, Kupfer, Stahl und rostfreier Stahl.
• Scheren - Bei diesem Verfahren wird eine Presse mit Werkzeugen verwendet, um das Metall durch die ausgeübte Kraft zu schneiden.
• Streckziehen - Beim Streckziehen wird das Material gleichzeitig über eine Matrize gebogen und gestreckt. Das Ergebnis sind glatte, faltenfreie Konturen.

Die Massivumformung wird angewendet, wenn das Volumenverhältnis des Metalls größer ist als die Oberfläche. Die Materialien haben ein geringes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Die Massivumformung funktioniert auch aufgrund verschiedener Kräfte, einschließlich Scherkraft und der Kombination von Zug- und Druckkraft. 

Zur Massivumformung gehören diese Verfahren:

• Strangpressen - Metall wird bei hohen Temperaturen erhitzt, um zu einer Flüssigkeit zu werden, die dann in einer Matrize zusammengedrückt wird, um Teile zu formen.
• Schmieden - Metall wird auf höhere Temperaturen erhitzt, in ein Gesenk eingelegt und durch Druckkraft in Form gebracht. Bei diesem Verfahren wurde ursprünglich ein Hammer verwendet, um das Metall in Form zu pressen.
• Walzverfahren - Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehr Walzen eingesetzt, die Metallplattenmaterial zuführen, um die Dicke der Metallplatte zu verringern und eine glatte Oberfläche zu erzeugen. Das Metall wird nicht abgetragen, sondern verdrängt; die Breite des Materials nimmt mit abnehmender Dicke zu.
• Quetschen - Eine beheizte Matrize formt ein Teil aus geschmolzenem Metall, das in eine Seite der Matrize gegeben wird. Wenn es sich der Festigkeit nähert, wird die andere Seite der Matrize auf das erste Teil gelegt und eine Druckkraft ausgeübt. Nach der Erstarrung wird das fertige Teil aus der Matrize entfernt.
• Drahtziehen - Dieses Verfahren ähnelt dem Strangpressen, mit dem Unterschied, dass das Material durch eine Düse gezogen wird, um den Querschnitt der Düsenöffnung anzunehmen. Dieses Verfahren wird für Draht und Stangenmaterial verwendet.

Die Metallpulverumformung ist ein beliebtes Verfahren, bei dem geschmolzene Metallpulver zur Herstellung komplexerer Produkte verwendet werden. Dies geschieht in der Regel mit computergesteuerten Anlagen und komplizierten Werkzeugen. Bei diesen Verfahren werden häufig zusätzliche Arbeitsgänge wie Bearbeitung, Polieren, Schleifen usw. umgangen.

Beispiele hierfür sind die folgenden Verfahren:

• Pulverstrangpressen - Das Pulver wird durch eine kleinere Öffnung der Form gepresst, nachdem es die Form der Form angenommen hat.
• Pulverschmieden - Bei diesem Verfahren wird eine kleine Menge Metall erhitzt und durch eine Matrizenöffnung gepresst, so dass ein kleines, pulverförmiges Metallstück entsteht.
• Pulverspritzgießen - Ein Gemisch aus Metallpulvern und einem Bindemittel wie Wachs wird mit einer Schnecke verdichtet, um Druck zu erzeugen. Das fertige Material tritt durch die Öffnung der Form aus, nachdem es seine Form angenommen hat.

Zu den am häufigsten verwendeten Materialien in der Metallumformung gehören Eisenwerkstoffe wie kohlenstoffarme Stähle und Nichteisenwerkstoffe wie Aluminium, Kupfer und ähnliche Legierungen.

Die Metallumformung ist seit der industriellen Revolution in der Fertigung sehr beliebt. Nachfolgend sind einige der vielen Vorteile der Metallumformung aufgeführt:

• Materialformen - Für eine Vielzahl von Materialformen, von Blechen bis zu Rohren.
• Ausschuss - Der Ausschuss ist oft minimal, wenn überhaupt, mit wenig/keinem Verlust von Rohmaterial.
• Einfach und effizient - Bewährte Methoden haben die Prozesse über viele Generationen hinweg verfeinert. Robotertechnik und Automatisierung verbessern die Produktionsraten, die Effizienz und die Qualität weiter.
• Festigkeit - Das Umformverfahren stärkt die Produkte und verbessert die mechanischen Eigenschaften der Teile insgesamt.
• Werkzeuge - Die Werkzeuge sind in der Regel kostengünstig, einfach und vielseitig.
• Vielfalt - Diese Verfahren werden für die Herstellung einer Vielzahl von Formen verwendet.

Hinweis: Hohe Qualität und Produktivität können durch Automatisierung erreicht werden, indem menschliche Fehler ausgeschlossen werden.

Zu den Nachteilen der Metallumformung können die folgenden Punkte gehören:

• Toleranzen - Die Toleranzen können erheblich schwanken, insbesondere bei den Dicken.
• Dickenbeschränkungen - Bei diesen Verfahren gibt es Dickenbeschränkungen.
• Herstellungskosten - Die Zykluszeit kann langsamer sein, die Ausrüstung hat einen hohen Energiebedarf, und die Kosten für Ausrüstung und Werkzeuge sind hoch.