niedrigere Umformkräfte | hohe Umformgrade
niedrigere Umformkräfte | hohe Umformgrade
Präzisionsteile mit geringeren Maßtoleranzen | gute Oberflächenstruktur
Präzisionsteile mit geringeren Maßtoleranzen | gute Oberflächenstruktur
Warmumformung & Kaltumformung
Die Produktionsmethoden in der Umformtechnik werden auf Basis verschiedener Kriterien klassifiziert. Eines dieser Kriterien ist die Temperatur des Werkstücks, wobei eine Unterscheidung zwischen Warm- und Kaltumformung gemacht wird. Bei Sonderschrauben Güldner kommen diese beiden Fertigungsverfahren zur Anwendung. Hier möchten wir die beiden Umformtechniken erläutern und ihre jeweiligen Vorteile hervorheben.
Warmumformung
Die Warmumformung bezieht sich auf alle Umformprozesse, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur eines Metalls durchgeführt werden. Während des Umformprozesses tritt eine Verfestigung auf, die durch geplante Entspannungsphasen wieder rückgängig gemacht wird. Dies führt zu einer Reduzierung der Versetzungsdichte im Kristallgitter, wodurch das Material formbar bleibt und hohe Umformgrade erreicht werden können.
- Arbeitstemperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur
- Große Umformbarkeit der Werkstoffe
- Geringe Umformkräfte
- Geringe Änderung von Festigkeit und Bruchdehnung am umgeformten Werkstoff
- Maßtoleranzen und Oberflächengüte schlechter als bei Kaltumformung
- Kann Anisotropie erzeugen
- Bewirkt keine Verfestigung
Das Warmpressverfahren, das Schmieden auf Schmiedepressen, wird für kleine bis mittlere Stückzahlen und Durchmesser bis M200 angewendet. Das Rundmaterial, das in Stangenform eingesetzt wird, muss zunächst in einem vorbereitenden Schritt abgelängt werden. Die Abschnitte werden dann ganz oder teilweise (in Gas-, Öl- oder Induktionsöfen) auf Schmiedetemperatur (abhängig vom Werkstoff; bis zu 1250°C) erhitzt und in Pressen teilweise umgeformt. Zur Fertigstellung solcher Schrauben werden anschließend zerspanende Verfahren (Überdrehen, Gewindeschneiden) angewandt, wobei die Gewinde heute hauptsächlich spanlos (Gewinderollen) auf Gewinderollmaschinen hergestellt werden.
Kaltumformung
Kaltumformung ist das gezielte Umformen von Metallen bei einer Temperatur deutlich unterhalb der jeweiligen Rekristallisationstemperatur. Von Kaltverformung spricht man bei einer unkontrollierten plastischen Verformung (z.B. Autounfall). Durch die plastische Umformung erhöht sich die Versetzungsdichte im Kristallgitter. Dies führt dazu, dass sich die Versetzungen im Kristallgitter häufiger bei ihrer Bewegung treffen und dadurch gegenseitig behindert werden. Demzufolge ist zur Weiterverformung eine größere mechanische Arbeit notwendig.
Die Kaltumformung macht sich deshalb auch in den mechanischen Eigenschaften der fertigen Schraube oder Mutter bemerkbar. Durch die Erhöhung der Versetzungsdichte im Kristallgitter erhöhen sich die Zugfestigkeit bzw. Dehngrenze und Härte des Teils. Dieser Vorgang ist allgemein hin als Kaltverfestigung bekannt. Das Verfahren findet z.B. Edelstahlbereich Anwendung, wenn es darum geht Schrauben der Festigkeitsklasse A2-70 bzw. A4-70 oder A2-80 bzw. A4-80 herzustellen, die aufgrund der Werkstoffeigenschaften nicht durch Wärmebehandlung in ihrer Festigkeitsklasse erhöht werden können.
Die erhöhte Versetzungsdichte führt zu Spannungen im Kristallgitter. Dies führt unter anderem auch dazu, dass eine Schweißbarkeit der Schraube oder Mutter nicht gewährleistet werden kann. Wird die Schraube oder Mutter nach der Kaltverfestigung ausreichend lange auf die werkstoffspezifische Rekristallisationstemperatur gebracht, so entspannt sich das Gefüge wieder. Durch die Rekristallisation verringern sich dann aber auch die mechanischen Eigenschaften wieder deutlich. Bei diesem Verfahren sind relativ enge Maßtoleranzen möglich und die Oberfläche bleibt im Gegensatz zur Warmumformung ohne Zunderschicht.
Das Kaltumformen erfolgt in der Regel auf mehrstufigen Pressen und ist für große Stückzahlen und Durchmesser maximal M 30 geeignet. Das Ausgangsmaterial wird aufgewickelt angeliefert und durch eine vorgeschaltete Richtanlagen abgerollt und gerade gerichtet. Moderne Kaltfließpressen arbeiten so, dass mehrere Arbeitsgänge nacheinander auf der Maschine ausgeführt werden und die Schraube komplett fertig die Anlage verlässt. Dabei werden bei jedem Hub mehrere Operationen hintereinander ausgeführt. (z.B. Sechskantkopf vorformen, stauchen, abgraten und Gewindeteil reduzieren).
Im nachfolgenden Prozess werden die Gewinde durch Gewindewalzmaschinen mit Flachbacken oder Rolle- und Segmentwerkzeugen spanlos auf die definierte Gewindeteile aufgerollt. In vielen Fällen verwendet man Pressen mit integrierter Gewindegewindebearbeitung. Abhängig von Durchmesser und Länge der Schrauben erreichen solche Anlagen Produktionszahlen von mehr als 300 Stück pro Minute.
| Vergleich der Umformtechniken Warmumformung & Kaltumformung | |
|---|---|
| Warmumformung | Kaltumformung |
| Arbeitstemperatur über Rekristallisationstemperatur | Arbeitstemperatur niedriger als Rekristallisationstemperatur |
| Hohe Umformbarkeit der Werkstoffe | Präzise Maßtoleranzen |
| Geringe Umformkräfte | Kein Verzundern der Oberfläche |
| Festigkeit und Bruchdehnung des umgeformten Werkstoffs ändern sich nur geringfügig | Steigerung der Festigkeit und Reduzierung der Dehnbarkeit, also der Bruchdehnung (Kaltverfestigung) |
| Duktile Materialien lassen sich gut kalt formen, beispielsweise durch Verfahren wie Tiefziehen, Biegen oder Strecken | |
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