Die Kaltumformung
Die Kaltumformung ist ein Hochgeschwindigkeits-Umformprozess, bei dem Draht bei Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) auf exakte Länge abgeschert wird und in einer Abfolge von Werkzeugen (Stempeln und Matrizen) plastisch verformt wird. Dies geschieht in den gängigen Umformprozessen wie Vorwärts- und Rückwärtsfließpressen, Querfließpressen, Napfen, Reduzieren, Lochen und Abgraten.
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Das Material wird über seine elastische Streckgrenze hinaus ver- bzw. umgeformt und behält so beim Entfernen aus den Umformstufen seine veränderte, gewünschte Form. Das Metall wird jedoch nicht über die Reißfestigkeit hinaus beansprucht, da ansonsten Risse im Gefüge entstünden. Loch- und Abgratvorgänge bilden hier die Ausnahnahme, da hier die Materialentfernung explizit erwünscht ist.
Grundlagen der Kaltumformung
Die Struktureigenschaften des kaltumzuformenden Materials entscheiden über das passende Verfahren und geben eine Richtlinie bei der Auswahl des geeigneten Kaltumformverfahrens, die alle auf den 3 grundlegenden Umformverfahren basieren.
Vorteile der Kaltumformung
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Geschwindigkeit
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Umformung direkt zur Endform oder endformnahe Umformung, um den Nachbearbeitungsaufwand so gering wie möglich zu halten
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Volumengenauigkeit / Maßhaltigkeit
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Qualität / Oberflächenendbearbeitung
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Materialeinsparung & Abfallminimierung
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Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, verbessertes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, gleichmäßiges Materialgefüge (vgl. Beispiel Zündkerze und Materialgefüge bei Zündkerzen)
Auf Grund dieser Vorteile wird die Kaltumformung verstärkt als Alternative zu den Verfahren der Warmumformung, des Gießens, Sinterns, Zerspanens, Schweißens und Stanzens oder auch als Alternative zu Teilen aus verstärktem Kunststoff oder Verbundmaterial in Erwägung gezogen.
Werkstoffe in der Kaltumformung
Folgende Werkstoffe eignen sich beispielsweise für die Kaltumformung:
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Unlegierte Stähle
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Messing
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Blei
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Edelstähle
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Kupfer
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Bronze
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Legierungsstähle
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Edelmetalle
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Aluminium
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Nickellegierungen
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Legierungen für die Luft- und Raumfahrt
Maschinen zur Kaltumformung
Maschinen zur Kaltumformung sind normalerweise Horizontalpressen, bei denen der Draht zugeführt und auf die geeignete Länge geschert wird. Dann wird der Draht durch eine Abfolge von Stempeln und Matrizen geführt, um das Material in die gewünschte Form zu bringen. Die Maschinen gibt es in unterschiedlichen Ausführungen, wobei je nach dem zu formenden Teil folgende Kriterien für die Maschinenwahl maßgeblich sind:
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Abschnittsdurchmesser (2 mm bis 48 mm)
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Einzugslänge (2 mm bis 300+ mm)
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Presskraft (50 KN bis 16.000 kN)
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Transportsystem
Die Halbwarmumformung
Bei der Halbwarmumformung wird Metall zunächst auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt, so dass maximale Umformbarkeit bei gleichzeitigem Ausschluss von Rekristallisation, Gefügeveränderung (Kornwachstum) oder Materialbruch erzielt wird. Dank dieser Vorgehensweise kann das Teil endformah und mit engen Endtoleranzen umgeformt werden, so dass keine weiteren Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind. Die jeweiligen Vorwärmtemperaturen hängen von dem Werkstoff, der Teilegeometrie und den endgültigen Spezifikationen und Toleranzen ab.
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Die Halbwarmumformung kommt seit Jahrzehnten vorwiegend in der Luft- und Raumfahrt als Umformmethode zum Einsatz, da in diesem Industriebereich Werkstoffe wie Titan verarbeitet werden. Schon früher wurden 2-Matrizen-3-Schlag-Pressen oder Doppeldruckpressen (1-Matrizen-2-Schlag) Vorwärmeinheiten vorgeschaltet. Heute werden Maschinen wie unsere FORMAX®-Reihe gleich als komplexe Halbwarmumformer konstruiert.
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Die jeweilige Umformtemperatur (Temperaturbereich zwischen 200 °C und 850 °C) hängt von dem jeweiligen Werkstoff, der Teilegeometrie und den endgültigen Spezifikationen und Toleranzen ab Werkstoffe für die Halbwarmumformung:
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Gängige Edelstähle
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FA 286 SS
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Hochgekohlte & Legierungsstähle
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Inconel
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u.a.
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Waspalloy
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Titan (6-2, 6-4) Mehr ...