Einleitung
Die Umformtechnik gehört zu den wichtigsten Disziplinen des modernen Maschinenbaus und der Fertigungstechnik. Sie ist ein zentraler Bestandteil der Produktion von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen und bildet die Grundlage für zahlreiche Produkte des Umformtechnik Lebens – von der Autokarosserie über Schrauben und Rohre bis hin zu hochpräzisen Bauteilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Der Begriff Umformtechnik beschreibt alle Verfahren, bei denen ein Werkstoff unter Einfluss äußerer Kräfte seine Form verändert, ohne dass dabei Material entfernt oder hinzugefügt wird.
In diesem Artikel werden die Grundlagen, Verfahren, Werkstoffe, Maschinen, wirtschaftlichen Aspekte sowie die Zukunft der Umformtechnik detailliert beschrieben. Zudem werden Beispiele aus der Praxis und aktuelle Entwicklungen, insbesondere im Bereich der Digitalisierung und Nachhaltigkeit, vorgestellt.
1. Grundlagen der Umformtechnik
1.1 Definition und Zielsetzung
Die Umformtechnik ist ein Teilgebiet der Fertigungstechnik, das sich mit der plastischen Formänderung fester Körper befasst. Das Ziel besteht darin, einem Werkstoff eine neue Form zu geben, ohne dass seine Masse oder der Werkstoff selbst verändert werden. Das Material wird dabei über seine Elastizitätsgrenze hinaus verformt, sodass es dauerhaft in der neuen Form verbleibt.
1.2 Physikalische Grundlagen
Die Grundlage der Umformtechnik liegt in der plastischen Verformung. Wenn ein Werkstoff einer äußeren Kraft ausgesetzt wird, treten zunächst elastische Dehnungen auf – das Material kehrt nach dem Entlasten in seine ursprüngliche Form zurück. Wird jedoch die sogenannte Streckgrenze überschritten, beginnt die plastische Verformung, die zu einer dauerhaften Formänderung führt.
Wichtige physikalische Parameter sind:
- Spannung (σ)
- Dehnung (ε)
- Fließgrenze
- Temperaturabhängigkeit des Materials
Die Werkstoffkennwerte bestimmen maßgeblich, wie ein Material geformt werden kann.
2. Werkstoffe in der Umformtechnik
In der Umformtechnik kommen verschiedene Materialien zum Einsatz, wobei Metalle den größten Anteil ausmachen.
2.1 Metalle
- Stahl: Der am häufigsten verwendete Werkstoff, insbesondere im Automobil- und Maschinenbau. Stahl lässt sich gut walzen, schmieden und tiefziehen.
- Aluminium: Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner Korrosionsbeständigkeit besonders in der Luftfahrt und Fahrzeugtechnik beliebt.
- Kupfer und Messing: Werden häufig für elektrische Anwendungen verwendet, da sie eine gute Leitfähigkeit besitzen.
2.2 Nichtmetallische Werkstoffe
Neben Metallen kommen auch Kunststoffe und Verbundwerkstoffe zum Einsatz. Diese Materialien werden vor allem in der Medizintechnik, Elektronik oder Verpackungsindustrie verarbeitet.
3. Hauptverfahren der Umformtechnik
Die Umformtechnik lässt sich in zwei große Gruppen unterteilen: Massivumformung und Blechumformung.
3.1 Massivumformung
Hier wird das Material als Volumenkörper betrachtet, der eine erhebliche Formänderung erfährt. Typische Verfahren sind:
- Schmieden: Durch Druckeinwirkung (z. B. mit einem Hammer oder einer Presse) wird der Werkstoff in eine neue Form gebracht.
- Walzen: Das Material wird zwischen rotierenden Walzen in Dicke oder Querschnitt reduziert.
- Strangpressen (Extrusion): Ein Werkstoff wird durch eine Matrize gepresst, um ein Profil mit konstanter Querschnittsform zu erzeugen.
- Stauchen und Ziehen: Hierbei werden Längenänderungen erzielt, um bestimmte Formeigenschaften zu erreichen.
3.2 Blechumformung
In der Blechumformung werden dünne Metallplatten zu Bauteilen verarbeitet. Zu den wichtigsten Verfahren gehören:
- Tiefziehen: Herstellung von Hohlkörpern wie Dosen oder Karosserieteilen.
- Biegen: Anwendung von Biegemomenten, um Bleche zu formen.
- Schneiden und Stanzen: Trennen von Blechen in bestimmte Formen.
- Rollformen: Kontinuierliches Umformen über Walzen zu Profilen.
4. Maschinen und Werkzeuge
Die Qualität der Umformprozesse hängt stark von den eingesetzten Maschinen und Werkzeugen ab.
4.1 Pressen
Pressen sind zentrale Maschinen in der Umformtechnik. Es gibt hydraulische, mechanische und pneumatische Pressen, die je nach Anwendung unterschiedliche Vorteile bieten.
4.2 Walzwerke
Walzwerke kommen insbesondere in der Stahl- und Aluminiumindustrie zum Einsatz. Sie ermöglichen kontinuierliche Formänderungen bei hohen Temperaturen und großen Materialmengen.
4.3 Werkzeuge und Formen
Formwerkzeuge müssen äußerst präzise gefertigt und regelmäßig gewartet werden. Hochfeste Werkzeugstähle oder Hartmetalle werden verwendet, um den enormen Druckkräften standzuhalten.