Kaltumformung

Charakterisierung Kaltumformung

Kaltumformen - ein Fertigungsverfahren mit Tradition

Abb. Stadienfolge Kaltumformung Firma Möhling
Stadienfolge Kaltumformung Quelle: Möhling

Unter Kaltumformen verstehen wir – wie allgemein üblich – Umformungsprozesse deutlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials, in der Regel liegt die Temperatur des Werkstücks zum Beginn des Umformprozesses bei Raumtemperatur. Beim Kaltumformen werden Materialien durch hohe Druckspannungen plastisch verformt. Dieser Vorgang verändert neben der Form auch wesentlich die Materialeigenschaften.

Die wichtigsten Fertigungsverfahren sind klassische Stauch- und Fließpressprozesse (z.B. für die Herstellung von Schrauben, Muttern und Nieten), aber auch Prägen, Einsenken, Gewindewalzen und nicht zuletzt Ziehprozesse (Drahtziehen, Rohrziehen, Profilziehen). Da wir die Umformprozesse für Blech sowie Walzprozesse gesondert betrachten, liegt der Fokus hier auf der Kaltmassivumformung.

Kaltumformende Herstellprozesse kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn einbaufertige Geometrien (Netshape-Umformung), enge Maßtoleranzen und gute Oberflächeneigenschaften das Ziel sind. Im Vergleich zur Warmmassivumformung, können kürzere Durchlaufzeiten, höhere Oberflächengüte und verbesserte mechanische Eigenschaften Vorteile sein. Durch den vergleichsweise geringen Energieeinsatz können Kaltumformprozesse zudem wirtschaftlicher sein, wobei die erforderlichen Umformkräfte i.d.R. deutlich über denen der Warmmassivumformung liegen. Die Kaltumformung ist daher beschränkt auf gut verformbare Werkstoffe bzw. solche Werkstoffe, die in einen gut verformbaren Gefügezustand gebracht werden können.

Bei der Kaltumformung kommt es zu einer Kaltverfestigung, d.h. die Härte und der Umformwiderstand nehmen mit steigender Umformung zu. Dadurch können kaltumgeformte Teile höhere Betriebslasten ertragen. Zugleich vermindert die Kaltverfestigung jedoch die Verformbarkeit (Duktilität) des Werkstoffes. Soll das Werkstück weiter umgeformt werden, muss die Kaltverfestigung im Werkstück durch Rekristallisationsglühen wieder abgebaut werden. Kaltumformung und Wärmebehandlung gehen bei Mehrstufenprozessen oft Hand in Hand.

Kooperation von Simufact, Prokos und Möhling

Wie kann die Simulation in Verbindung mit Prozessüberwachungssystemen den Werkzeugausfall verhindern?

Mit dieser Frage hat sich Simufact gemeinsam mit der Prokos GmbH, dem Spezialisten für die Prozessüberwachung in der Umformtechnik, und der Möhling GmbH & Co. KG, dem Experten auf dem Gebiet Kaltumformung und Kaltformteile, auseinandergesetzt. Lesen Sie hier die ersten Ergebnisse der Zusammenarbeit. 

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Kaltumformung: Produkte und Zielbranchen

Typische Produkte und Anwendungsfelder

Typische Kaltumformprodukte sind zum Beispiel Schrauben, Muttern, Bolzen, Nieten, Zahnräder, Wellen, Formteile und Beschläge.

Diese Produkte können Verwendung finden:

  • in der Verbindungsmittel- und Beschlagindustrie,
  • als Elektronikkomponenten (Stecker, Kontakte, Kühlkörper),
  • im Automobilbau,
  • im Getriebe- und Motorenbau,
  • als Fahrradkomponenten,
  • beim Münzprägen,
  • beim Heizungsbau (Leitungsrohre),
  • in der Werkzeugindustrie,
  • im Maschinenbau.

Das Spektrum an Kaltumformprodukten und deren Anwendungsfeldern ist natürlich ungleich größer.

Trends und Entwicklungen

Wohin geht die Entwicklung bei der Kaltumformung?

(Quelle: Les Cunliffe - Fotoalia.com)
  • immer komplexere Bauteile
  • einbaufertig pressenfallende Teile
  • Werkstoffe mit immer höherer Grundfestigkeit sollen umgeformt werden
  • Zwischenglühungen müssen eingespart werden
  • Laufverzahnungen sollen prozesssicher hergestellt werden
  • Verbundwerkstücke

Typische Aufgabenstellungen bei der Kaltumformung

Faltenbildung am Werkstück

Hoch relevant bei der Kaltumformung, auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht, ist neben der Werkstückumformung die Betrachtung der Werkzeuge, insbesondere der Werkzeugstandmenge.

Die verfahrenstypisch hohen Fließspannungen und die Werkstoffverfestigung führen im Fertigungsprozess zu sehr hohen Presskräften und lenken den Blick auf die zu verwendenden Umformwerkzeuge und Werkzeugwerkstoffe. Die für die Kaltumformung so wichtige Werkzeuglebensdauer wird oft nur durch eine unterstützende Armierung erreicht, so dass die Simulation von Kaltumformprozessen neben der Abbildung des Stoffflusses zwingend auch die Werkzeugarmierung berücksichtigen muss. Unverzichtbar für eine hochgenaue Simulation von Kaltumformprozessen sind darüber hinaus die realitätsnahe Abbildung der Kräfte im Umformprozess und die Berücksichtigung von Effekten der Rückfederung, unter Einbeziehung des elastisch-plastischen Materialgesetzes.

 

Typische Fehler:

  • Faltenbildung
  • Unzureichende Formfüllung
  • Markierungen verursacht durch Scherkanten
  • Risse
  • zu hohe Pressen- und Werkzeugbelastung

Unsere Lösung für die Kaltumformung

Das Modul Kaltumformen in Simufact.forming

Nutzen Sie die Vorteile von Simufact.forming für Ihre Kaltumformprozesse.

Simufact.forming Cold Forming dient der Simulation von Massivumformungsprozessen unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials. Das Modul hilft Ihnen dabei, typische Fertigungsfehler wie

  • Faltenbildung
  • Markierungen verursacht durch Scherkanten
  • Unzureichende Formfüllung
  • Risse
  • zu hohe Pressen- und Werkzeugbelastung

im Werkstück zu vermeiden.

Simufact.forming Cold Forming berücksichtigt alle relevanten Randbedingungen einschließlich der Werkzeugarmierung und der federgelagerten Werkzeuge. Unverzichtbar für eine hochpräzise Simulation von Kaltumformprozessen ist die realistische Vorhersage der beteiligten Umformkräfte unter Berücksichtigung der Rückfederungseffekte und der elastisch-plastischen Materialgesetze.

Für eine funktionale Betrachtung von Simufact.forming Cold Forming lesen Sie bitte unsere Produktbeschreibung: