Gestaltung von Gesenkformen

Unter Umformen versteht man, dass fertigen durch plastisches ändern der Geometrischen
Form eines festen Körpers, wobei Masse und zusammen halt erhalten bleibt. Die Einteilung
der Umformverfahren erfolgt nach der Beanspruchungsart in der Umformzone.
Schmieden
1.1 Druckumformen
1.1.1 Gesenkformen
Damit sind hoch beanspruchbare Werkstücke in entsprechender Stückzahl herstellbar. Bei
diesem Verfahren wird der durch Erwärmung (=>1000°C) besser verformbar gemachter
Werkstoff in ein Gesenk gepresst oder geschlagen. Erreichbare Maßgenauigkeit IT7 durch
den ununterbrochenen Faserverlauf wird zu dem die Festigkeit der Werkstücke erhöht.
IT01....4
IT5...11
IT12...18
= 0,001mm (Läppen, Hohnen)
= 0,01mm (Schleifen)
= 0,1mm (Ziehen, Stanzen, Schmieden)
a) Formpressen mit Grat
Bei dieser Art von Gesenkformen wird mit Werkstoffüberschuss gearbeitet (Fertigteil
Volumen kleiner als Volumen des Ausgangwerkstoffes). Der Überschüssige Werkstoff tritt
über angelegte Gratbahn in Gratfurche aus. Zu beachten ist das Gratbahnverhältnis, das
heißt die Gratbahnbreite zur Gratbahndicke; dieses Verhältnis nimmt Einfluss auf die
Steighöhe des Werkstoffes im Gesenk und auf die Umformspannung.
b) Formpressen ohne Grat
Dieser erfolgt über eine Gesenkform in der ein Stempel auf das Werkstück und gegen einen
Auswerfer drückt. Zur Erreichung der gewünschten Werkstückform ist unbedingt eine
genaue Bestimmung des Werkstücksvolumen notwendig.
Gestaltung von Gesenkformen
Diese sollten Fließgerecht, Werkzeuggerecht, Maß- und Bearbeitungsgerecht sein. Die
Teilfuge zwischen Gesenkober- und Unterteil ist so zulegen, dass das fertig geschlagene
Werkstück gut aus der Form entnommen werden kann. Falls die Schmiedeteile
Hinterschneidungen aufweisen, die nicht in einer Fertigungsebene gelegt werden können,
werden sogenannten Backengesenke verwendet (2- oder mehr Backen, welche sich in
einem in das Gesenkunterteil eingedrehte Passkegel abstützen).
1.1.2.Eindrücken (auch Kalt-/Warmeinsenken)
a) Kalteinsenken
Dabei wird ein Senkstempel mit hoher Oberflächengüte unter hohem Druck und geringer
Geschwindigkeit in ein Werkstück aus weichgeglühtem Stahl eingesenkt.
Vorteil: - Einfache und wirtschaftliche Herstellung für Gesenke.
- Die Gesenke sind untereinander gleich.
- Verkürzung der Herstellzeit gegenüber spanender Fertigung.
- Hohe Standzeit (durchgehende Werkstofffaser).
- Hohe Oberflächengüte bei Innenformen
Das einzuführende Werkstück steht während des Senkens frei oder in einem Haltering
gefasst. Um glatte Formwände zu erzielen wird der Einsenkvorgang in einem Arbeitsgang
durchgeführt. Die Kräfte betragen bis zu 50 Mega/ Newton die Einsenkgeschwindigkeit
beträgt zwischen 0,002 bis 0,2mm/s.
1.1.4. Durchdrücken
Darunter versteht man das Umformen durch teilweise oder vollständiges Hindurchdrücken
durch eine formgebende Werkzeugspitze (Matrize). Dabei wird Querschnitt bzw.
Durchmesser verringert.
a) Strangpressen
Dazu wird der umzuformende Werkstoff von einem Stempel erst angestaucht und dann
durch eine formgebende Matrize gedrückt, in die das gewünschte Außenprofil parallel
eingearbeitet und poliert ist. Zur Herstellung von Hohlprofilen wird in dem
Matrizendurchbruch ein Dorn, der das gewünschte Innenprofil besitzt eingeführt.
b) Fliesspressen
Beim Fliesspressen werden aus dicken Strangabschnitten mittels Pressstempel und
Pressbuchse Werkstücke mit unterschiedlichen Querschnitten (Rund, quadratisch) gefertigt.
Weil der Werkstoff dem Stempeldruck nicht ausweichen kann, ist er gezwungen in den Spalt
zwischen Stempel und Buchse zu fließen, dies erfolgt im kalten Zustand. Im Unterschied
zum Tiefziehen wird beim Fliesspressen nur ein Arbeitsgang durchgeführt. Man
unterscheidet für die Herstellung von Vollkörpern das Vorwärts- oder rückwärts
Vollfließpressen, für Hohlkörper Vorwärts- oder rückwärts Hohlfließpressen (die Länge der in
einem Arbeitsgang hergestellten Hohlteile kann bis zum 6fachen der Werkstückdurchmesser
betragen, geeignete Werkstoffe sind Blei, Zinn, Kupfer und Alu).
1.2. Zug- Duckumformen
a) Durchziehen
Dieses Umformen durch ein sich verengenden Werkzeuge hat ein abstrecken des
Werkstoffes zu folge, man unterscheidet in Gleitziehen in Vollkörpern (Drahtherstellung) und
das Gleitziehen Bei Hohlkörpern (Rohrherstellung).
b) Tiefziehen
Beim Tiefziehen werden aus Blechtafeln Hohlkörper gefertigt oder schon bereits
vorgezogene Werkstücke auf kleineren Querschnitt und größere Höhe gezogen. Dabei bleibt
die Ausgangswerkstoffdicke weitgehend erhalten.
Kräfte und Beanspruchungen
In der umzuformenden Platine ist während des Ziehverfahren in radialer Richtung Zug- und
in tangentialer Richtung Druckkräfte wirksam. Man spricht deshalb vom Zug- und
Druckumformen. Der vom Niederhalter aufgebauter Druck, muss während des ganzen
Vorganges gleich bleiben; der Werkstoffflansch wird mit fortschreitender Ziehtiefe schmäler,
die Blechdicke durch stauchen höher; aus diesem Grund wird die Niederhalterkraft gegen
Ende des Ziehvorganges etwas zurück genommen.
Zuschnittsermittlung und Stufenfolge
Vor der Herstellung eines Tiefziehwerkzeuges sind Form und Größe des für das fertig Teil
erforderlichen Platinenzuschnitt zu ermitteln; anschließend werden die erforderlichen Anzahl
der Ziehstufen und die Werkzeugabmessung der einzelnen Stufen festgelegt.
Für die Zuschnittsermittlung wird das Werkstoffausgangsvolumen des Zuschnittes mit dem
Werkstoffendvolumen des Ziehteiles gleichgesetzt.
1) Volumen der Platine
V=
 *D
*s
4
s= Bodendicke
D= Durchmesserplatine
2) Volumen des fertigen Hohlteiles
V=[(d+s1)*s1]**h
3) Durchmesser der Blechscheibe
D= d ..  4 * h * (d  s)
d= Innendurchmesser Ziehteil
s=s1= Bodendicke = Wanddicke
h= Höhe des Ziehteils
Ziehstufen
Die Anzahl der erforderlichen Ziehstufen hängt vom Verhältnis der Zuschnittgröße zu den
Abmessungen des fertigen Werkstückes, der Ziehfestigkeit des Werkstoffes und der
Blechdicke ab. Je tiefer gezogen werden soll, desto mehr Ziehstufen sind notwendig:
B= Ziehverhältnis
Beim Erstzug gilt: b=
D
d
D= Durchmesser Zuschnitt
Dx= Durchmesser Ziehstempel(1,2,..)
Für den Weiterzug gilt: b1=
d
d
d1= Ziehstempel1
D2= Ziehstempel2
Für das Grenzziehverhältnis gilt: bges: b1*b2*b3*...
1.3. Biegeumformen
1.3.1 Biegevorgang
Zu Beginn des Biegevorganges ist der Biegewinkel am Werkstück größer als am
Biegestempel, der Biegewinkel ist von der Blechdicke und der Werkstoffdehnung abhängig.
Beim Biegen tritt an der Werkstoff Innenseite eine Stauchung und an der Außenseite eine
Dehnung auf. Um maßhaltige Biegewinkel zu erhalten, müssen die Teile überbogen werden;
auf diese Weise wird die Rückfederung ausgeglichen.
1. Rückfederungsfaktor
k=
Winkel _ nach _ Rückfederung l 
= =
l 
Winkel _ beim _ Biegen
2. Biegestempelradius
rs = k * (ri + 0,5 * s) – 0,5 * s [mm]
Radius nach der Rückfederung
S= Blechdicke
0,8
Gefragt: 1. Winkelradius beim Biegen
2. Biegestempelradius
R8