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2026-01-12T23:19:14Z

Umformarbeit: Kommasetzung. Grammatik.

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{{Dieser Artikel|behandelt ein Fertigungsverfahren. Zum Umformen von mathematischen Gleichungen siehe [[Äquivalenzumformung]], [[Lösen von Gleichungen]].}}
{{Weiterleitungshinweis|Umformtechnik|Zur Zeitschrift siehe [[Umformtechnik (Zeitschrift)]].}}
Das '''Umformen''' (auch '''bildsame Formgebung''') ist nach DIN 8580 eine der sechs Hauptgruppen von [[Fertigungsverfahren]]. Die wichtigsten Fertigungsverfahren der '''Umformtechnik''' sind das [[Walzen]], das [[Freiformschmieden]], das [[Gesenkschmieden]], das [[Fließpressen]], das [[Strangpressen]], das [[Tiefziehen]] und das [[Biegen]]. Es handelt sich also um Verfahren, bei denen Rohteile aus [[Plastizität (Physik)|plastischen]] Werkstoffen ([[Metalle]] und [[thermoplast]]ische [[Kunststoff]]e) gezielt in eine andere Form gebracht werden, ohne dabei Material von den Rohteilen zu entfernen wie beim [[Trennen (Fertigungstechnik)|Trennen]] oder hinzuzugeben wie beim [[Fügen (Fertigungstechnik)|Fügen]]. Der [[Werkstoff]] behält seine Masse und seinen Zusammenhalt bei. Beim Trennen und Fügen wird die Masse und der Zusammenhalt dagegen vermindert beziehungsweise vermehrt.

Umformen unterscheidet sich von '''Verformen''' dadurch, dass die Formänderung ''gezielt'' eingebracht wird. Verformung dagegen ist eine ''ungezielte'' plastische Formänderung (z. B. beim [[Straßenverkehrsunfall]]).

Die einzelnen Verfahren werden nach verschiedenen Kriterien zu Gruppen zusammengefasst:
* Nach der Dimension der Werkstücke wird unterschieden zwischen [[Massivumformung]], [[Blechumformung]] und [[Drahtumformung]].
* Nach der Temperatur wird unterschieden zwischen [[Kaltumformen]], bei dem die [[Festigkeit]] der Werkstücke während der Bearbeitung zunimmt, und [[Warmumformen]].
* In der DIN 8580 werden die Verfahren eingeteilt nach den [[Mechanische Spannung|mechanischen Spannungen]], die in den Werkstücken wirken, in Druckumformen, Zugdruckumformen, Biegeumformen etc.
Nach dem [[Urformen]] wird der größte Teil der Werkstoffe durch Umformen zu [[Halbzeug]]en ([[Blech]]en, [[Draht|Drähten]] und anderen [[Profilstahl|Profilen]] (beispielsweise Stäbe, [[Knüppel (Stahl)|Knüppel]])) weiterverarbeitet. Für die Fertigung von [[Massenprodukt]]en ist die weitere Umformung der Halbzeuge meist das wirtschaftlichste Verfahren. Der Vorteil besteht unter anderem in der guten Materialausnutzung. Zudem ermöglichen Umformverfahren einen beanspruchungsgerechten Faserverlauf gegenüber spanabtragenden Verfahren oder Gießverfahren.<ref>{{Internetquelle |autor= |url=https://www.iph-hannover.de/de/information/umformtechnik/ueberblick-umformtechnik/ |titel=IPH - Überblick über die Verfahren der Umformtechnik |werk=Prozesstechnik, Produktionsautomatisierung, Logistik {{!}} IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover |hrsg= |datum= |zugriff=12.02.2018 |sprache=}}</ref> Als weitere Vorteile sind eine hohe Prozesseffizienz aufgrund der häufig hohen Produktionsgeschwindigkeit der Umformaggregate sowie der geringe spezifische Energieverbrauch im Verhältnis zu vergleichbaren Fertigungsprozessen zu nennen.<ref>{{Internetquelle |url=https://wgp.de/de/umformtechnik/ |titel=Umformtechnik und Umformverfahren – WGP |sprache=de-DE |abruf=2024-03-04}}</ref>

Wichtige Umformmaschinen sind [[Biegemaschine]]n, [[Presse (Fertigungsmaschine)|Pressen]], [[Fallhammer|Fallhämmer]], [[Oberdruckhammer|Oberdruck-]] und [[Gegenschlaghammer]], [[Spindelpresse]]n, [[Exzenterpresse]]n und [[hydraulische Presse]]n. Die meisten eignen sich je nach eingebautem Werkzeug für mehrere Fertigungsverfahren.

Die Formänderung wird üblicherweise als [[Umformgrad]] angegeben und zusammen mit der [[Fließspannung]], also der [[Mechanische Spannung|Spannung]] die nötig ist eine plastische Formänderung hervorzurufen, in [[Fließkurve]]n festgehalten. Daraus lassen sich die Umformkraft und Umformarbeit berechnen.

== Definition, Einordnung, Abgrenzung zum Verformen ==

Das Umformen ist eine der sechs Hauptgruppen von Fertigungsverfahren und steht in der Systematik somit an oberster Stelle. Die benachbarten fünf Hauptgruppen sind das [[Urformen|U''r''formen]], [[Trennen (Fertigungstechnik)|Trennen]], [[Fügen (Fertigungstechnik)|Fügen]], [[Beschichten]] und [[Stoffeigenschaften ändern]].

Das Umformen wird definiert in der DIN 8580 als „Fertigen durch bildsames oder [[Plastizität (Physik)|plastisches]] Ändern der Form eines festen Körpers.“<ref>Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik - Grundlagen, Technologien, Maschinen'' Springer, 2. Auflage, 2010, S. 7.</ref>

Gemeinsames Einteilungskriterium ist der Stoffzusammenhalt. Beim Umformen wird er beibehalten, also weder vermindert wie beim Trennen oder vermehrt wie beim Fügen. Daraus folgt, dass zum Rohteil keinerlei Bestandteile dazukommen oder entfernt werden. Die Masse bleibt somit ebenfalls unverändert. In der Praxis sind die meisten verwendeten Werkstoffe in der Umformtechnik näherungsweise inkompressibel. Das Volumen des Rohteils bleibt somit näherungsweise ebenfalls erhalten. Dieses [[Gesetz der Volumenkonstanz]] ist eine wichtige Berechnungsgrundlage in der Umformtechnik.

Beim ''Ver''formen wird die Formänderung ungezielt oder ungewollt hervorgerufen. Beispielsweise beim [[Verkehrsunfall]]. Beim ''Um''formen dagegen ist die Formänderung gezielt und gewollt. Ähnlich wie bei den Begriffen [[Umbau]]en und Umschmelzen.<ref>Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik - Grundlagen, Technologien, Maschinen'' Springer, 2. Auflage, 2010, S. 7.</ref>

== Plastizität als Voraussetzung ==

Metallische [[Werkstoff]]e haben die Fähigkeit, sich unter Einwirkung äußerer Kräfte bleibend in ihrer geometrischen Form zu verändern, ohne dass der Materialzusammenhang verloren geht oder sich die Werkstückmasse ändert. Dieser als [[Plastizität (Physik)|Plastizität]] bezeichnete Effekt liegt im Aufbau der Metalle begründet.<ref>[https://web.archive.org/web/20130717235417/http://home.arcor.de/wohnung_1/downloads/Umformtechnik%20Skript%20Mauk.pdf ''Grundlagen der Umformtechnik''], Prof. Mauk, IAM-2005</ref>

Metalle sind aus [[Kristallit]]en aufgebaut, deren Orientierung [[isotrop]] oder [[anisotrop]] ist. Plastische Formänderungen metallischer Werkstoffe erfolgen durch Fließen auf kristallographisch bevorzugten Gleitebenen und in bevorzugten Gleitrichtungen innerhalb der Kristallite. Gleitebenen und -richtungen sind abhängig vom Aufbau der Metalle und ihrer Gitterstrukturen ([[Metallgitter]]). Es werden [[kubisch raumzentriert]]e, [[kubisch flächenzentriert]]e oder hexagonale Gitterstrukturen unterschieden. Das Umformen der Metalle geschieht durch Wandern von Versetzungen (Translation) oder durch sog. Zwillingsbildung. Wandern beginnt, wenn eine angelegte Schubspannung die [[kritische Schubspannung]] überschreitet. Bei hexagonalem Aufbau der Metalle klappt das Gitter von einer Lage in eine andere Lage (Zwillingsbildung).

Wenn aufgrund der Umformung die im Werkstoff wirksamen Spannungen die [[Scherfestigkeit|Schubfestigkeit]] oder Trennfestigkeit ungewollt übersteigen, kommt es zu Schiebungs- oder Trennungsbrüchen, die das Werkstück unbrauchbar machen. Entgegenwirken kann man diesem [[Werkstoffversagen]] durch eine angepasstere Umformung, d. h. einen geänderten Stadiengang oder eine Temperaturerhöhung des Werkstoffs.

Heutzutage ist ein großes [[Forschung]]sgebiet in der Umformtechnik, ähnlich wie in anderen Fachbereichen, die [[Simulation]]. Mit Hilfe von verschiedenen Programmen (meist auf Grundlage der [[Finite-Elemente-Methode]], beispielsweise [[Autoform]] oder [[LS-DYNA]]) werden Umformverfahren modelliert, berechnet und die Berechnungsergebnisse visuell dargestellt. Dies ermöglicht eine genauere Fehlerprognose bei der Herstellung der Bauteile sowie die Optimierung des Materialverbrauchs und der Prozessgestaltung.

== Werkstoffspektrum ==
Grundsätzlich können alle plastisch verformbaren Werkstoffe umgeformt werden. Dies trifft auf alle Metalle und die meisten Legierungen zu. Der mit Abstand am häufigsten genutzte Werkstoff der Umformtechnik ist [[Stahl]]. Häufig genutzt wird noch [[Aluminium]], [[Kupfer]] und deren Legierungen. Legierungen die für das Umformen gut geeignet und vorgesehen sind, werden als [[Knetlegierung]] bezeichnet. Teils werden sie ausdrücklich so bezeichnet wie die [[Aluminiumknetlegierung]]. Eine wichtige Ausnahme ist Stahl, eine „Eisenknetlegierung“ im Gegensatz zum nicht umformbaren [[Gusseisen]]. Genutzt werden auch noch Blei, Zinn, Zink, Nickel, Titan sowie deren Legierungen.<ref>König, Klocke: ''Fertigungsverfahren - Band 4: Umformen'' Springer, 5. Auflage S. 88–98, insb. S. 88.</ref>

== Umformbarkeit ==
[[Umformbarkeit]] ist eine Werkstoffeigenschaft die angibt, wie gut sich der Werkstoff durch Umformen bearbeiten lässt. Gewünscht sind
* niedrige Festigkeit, die zu geringen Bearbeitungskräften führt und
* hohe [[Bruchdehnung]], die große Formänderungen ermöglicht.

== Einteilung der Fertigungsverfahren ==
Die Fertigungsverfahren der Umformtechnik werden nach mehreren Kriterien eingeteilt:
* Nach der Werkstücktemperatur wird unterschieden nach Warm- und Kaltumformung
* Nach der Dimension der Werkstücke in Massiv- und Blechumformung
* Nach der Beanspruchungsart (Z. B. Zug-, Druck- oder Biegebeanspruchung) wird in der [[DIN 8582]] eingeteilt, auf die die Fachliteratur häufig Bezug nimmt.

=== Warm- und Kaltumformung ===
Es wird zwischen
* [[Kaltumformung]],
* [[Halbwarmumformung]] und
* [[Warmumformung]] unterschieden.

Bei der ''Warmumformung'' wird das Werkstück vor der Umformung auf eine Temperatur über der [[Rekristallisationstemperatur]] des Werkstoffs erwärmt. Dadurch kommt es während der Umformung regelmäßig zur [[Rekristallisation]], die einer [[Verfestigung (Werkstoffkunde)|Verfestigung]] des Werkstoffes entgegenwirkt. Eine ''Kaltumformung'' geschieht unterhalb der Rekristallisationstemperatur. Diese liegt für reines Eisen bei 450 °C und für Blei bei 3 °C, weshalb eine Umformung von Blei bei Raumtemperatur bereits Warmumformen ist. Bei der ''Halbwarmumformung'' erwärmt man das Werkstück auf eine Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur, wodurch man die Vorteile der Warmumformung (leichtere Umformbarkeit und höheres Umformvermögen) mit den Vorteilen des Kaltumformens (Verfestigung, höhere Genauigkeit) verbinden kann. Für Stähle liegen technisch und ökonomisch sinnvolle Temperaturen zwischen 500 °C und 900 °C.<ref>König, Klocke: ''Fertigungsverfahren - Band 4: Umformen'' Springer, 5. Auflage S. 222f.</ref>

=== Blech- und Massivumformung ===
Bei der [[Blechumformung]] werden [[Blech]]e als Rohteile genutzt. Meist handelt es sich um ebene Bleche. Vor allem durch die Automobilindustrie hat sie an Bedeutung gewonnen.<ref>Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik'', Springer, 2010, 2. Auflage, S. 259.</ref> Wichtige Verfahren dafür sind das [[Biegen]] und das [[Tiefziehen]] sowie [[Verwinden]], [[Drücken (Umformen)|Drücken]] und [[Streckziehen]].<ref>Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik'', Springer, 2010, 2. Auflage, S. 259 f.</ref> Die Blechumformung wird meist als Kaltumformung durchgeführt.

Bei der [[Massivumformung]] werden dreidimensionale Rohteile genutzt, oder etwas genauer: Rohteile die in allen drei Dimensionen ähnliche Abmessungen haben. Die Massivumformung wird teils als Warm- und teils als Kaltumformung durchgeführt. Wichtige Fertigungsverfahren sind das Walzen, das Freiform- und Gesenkschmieden, Fließpressen, Strangpressen und Biegen von Stangen und Rohren.<ref>Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik'', Springer, 2010, 2. Auflage, S. 269–471.</ref>

=== Einteilung nach Beanspruchung der Werkstücke (DIN 8582) ===
Die '''Umformverfahren''' werden nach DIN 8582 unterteilt nach den [[mechanische Spannung|Spannungen]], die die Umformung vorwiegend bewirken.

Es werden folgende Gruppen unterschieden:

==== Druckumformen nach DIN 8583 ====
Umformen bei vorherrschender Druckbeanspruchung. Fast alle Untergruppen haben eine große Bedeutung.<ref>[[Alfred Herbert Fritz]], [[Günter Schulze (Ingenieur)|Günter Schulze]] (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 411, 419.</ref>
#[[Walzen]] zwischen zwei oder mehreren rotierenden Werkzeugen, den Walzen. Genutzt wird es zur Herstellung von Platten, [[Blech]]en, [[Folie]]n, [[Schrauben]], [[Stahlrohr]]en.
#[[Freiformen]] (auch Freiformschmieden): Umformen mit Werkzeugen, die die herzustellende Form nicht enthalten. Es wird häufig als Vorstufe für das Gesenkschmieden genutzt, ist sehr flexibel aber eher unproduktiv und geeignet für sehr große Werkstücke und kleine Serien.
#[[Gesenkformen]] (auch Gesenkschmieden), Umformen mit Werkzeugen die die herzustellende Form zumindest teilweise als Negativ enthalten. Wird vor allem in der Serienproduktion genutzt, beispielsweise für verschiedene Teile im Antrieb von Fahrzeugen. Es ist sehr produktiv aber wenig flexibel.
#[[Eindrücken]], oberflächennahes Eindrücken von Formwerkzeugen. Hat nur geringe Bedeutung.
#[[Durchdrücken]], hierzu gehören die wichtigen Verfahren des [[Strangpressen|Strang-]] und [[Fließpressen]]s, die für Serienteile und [[Konstruktionsprofil]]e genutzt werden, und das vergleichsweise unbedeutende [[Verjüngen]].

<gallery>
File:Laminage schema gene.svg|Walzen
Datei:Freiformschmieden.png|Freiformen
Datei:Gesenkschmieden.png|Gesenkformen
Datei:Filage direct de.png|Strangpressen
</gallery>

==== Zugdruckumformen nach DIN 8584 ====
Umformen bei gleichzeitiger Beanspruchung durch Zug- und Druckbelastungen unterschiedlicher Wirkrichtung; Untergruppen:<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 411, 445.</ref>
#[[Durchziehen]] Ziehen von Rohteilen durch hohle Werkzeuge. Die Werkstücke werden schmaler und länger. Wird genutzt für die Herstellung von Draht, [[Rohr (Technik)|Rohren]] und Profilen
#[[Tiefziehen]] Das mit Abstand bedeutendste Verfahren der Gruppe. Hierbei werden flache Bleche in Hohlformen gezogen. Genutzt wird es zur Herstellung verschiedener Hohlkörper, darunter Getränkedosen, Karosserieteile oder Helme.
#[[Drücken (Umformen)|Drücken]] Hierbei werden aus flachen Blechen rotationssymmetrische Hohlkörper hergestellt, beispielsweise Kochtöpfe. Die Form der Werkstücke wird durch die Werkzeugbewegung gesteuert. Das Drücken ist daher verglichen mit dem Tiefziehen, flexibler aber unproduktiver.
#[[Kragenziehen]] dient zum Aufweiten von Öffnungen in ebenen Blechen sowie zum [[Bördeln]].
#[[Knickbauchen]] dient zum Ausbauchen von Hohlkörpern
#[[Innenhochdruckumformen]] ist die Umformung von Hohlkörpern durch Druckaufbau im Inneren. Zum Teil auch als [[Explosivumformen]].

<gallery>
File:Emboutissage1.png|Tiefziehen, Rohteil (Rot)
File:Emboutissage3.png|Tiefziehen, Fertigteil
Datei:Kragen.png|Durch Kragenziehen hergestelltes Bauteil
</gallery>

==== Zugumformen nach DIN 8585 ====
Umformen bei vorherrschender Zugbeanspruchung;
Untergruppen:<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 411, 458.</ref>
#[[Längen]], beispielsweise Verlängern von Stäben oder Blechen.
#[[Weiten (Umformverfahren)|Weiten]], beispielsweise Aufweiten von Hohlkörpern
#[[Tiefen (Umformverfahren)|Tiefen]], beispielsweise [[Hohlprägen]] von [[Kfz-Kennzeichen|Kfz-Schild]]ern

==== Biegeumformen nach DIN 8586 ====
[[Datei:Rundwalzen.png|miniatur|[[Rundwalzen]], Variante des Biegens mit drehender Werkzeugbewegung]]
Umformen bei vorherrschender Biegebeanspruchung; Das [[Biegen]] kann für Bleche, Stangen und Rohre genutzt werden und wird nach DIN weiter unterteilt in:<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 411, 463 f.</ref>
#Biegeumformen mit geradliniger Werkzeugbewegung
#Biegeumformen mit drehender Werkzeugbewegung

<gallery>
Datei:Biegeanimation 2D.gif|Mit gerader Bewegung (Hier [[Freies Biegen]])
Datei:Swing-folding-ani.gif|Mit drehender Bewegung (Hier [[Schwenkbiegen]])
</gallery>
{{Absatz}}

==== Schubumformen nach DIN 8587 ====
Umformen bei vorherrschender Schubbeanspruchung.
#[[Verdrehen]]: Mit drehender Werkzeugbewegung. Wird genutzt zur Herstellung von Bohrern, Propellern.
#[[Verschieben]]: Mit gerader Werkzeugbewegung. Wird genutzt, um die Kurbeln bei Kurbelwellen herzustellen.
<gallery>
Datei:Twisted bar.png|Verdrehen
Datei:Verschieben.png|Verschieben
</gallery>

=== Weitere Verfahren ===
* [[Wölbstrukturieren]]
* [[Guerin-Verfahren]]
* [[Kümpeln]]
* [[Hochdruck-Torsion]]

== Produktivität, Flexibilität und Genauigkeit ==
Die meisten Verfahren der Umformtechnik sind vergleichsweise produktiv aber ungenau. Sie werden daher als für die [[Massenfertigung]] geeignete Verfahren genutzt, um die Form der fertigen Bauteile grob aus den Rohteilen herauszuarbeiten. Meistens ist anschließend eine Nachbearbeitung durch genauere aber unproduktivere Verfahren nötig, insbesondere durch [[Schleifen (Fertigungsverfahren)|Schleifen]].

Die erreichbaren Genauigkeiten angegeben als [[ISO-Toleranz]] liegen meist bei IT16 bis IT12 (kleine Zahlen sind genauer) mit Präzisionsvarianten (z. B. [[Präzisionsschmieden]]) auch bis IT8. Mit manchen Verfahren wie dem Kalt-[[Fließpressen]] sind auch IT6 erreichbar. Das [[Gießen (Metall)|Gießen]] als wichtiges konkurrierendes Verfahren ist somit ähnlich genau, während das [[Zerspanen]] etwas genauer ist mit regelmäßig bis IT7 und Präzisionsvarianten bis IT6. Das Schleifen erreicht sogar bis IT1.

Die erreichbaren Oberflächenrauheiten ([[Rautiefe]]n R<sub>z</sub>) liegen beim Umformen meist zwischen 1000 µm und 10 µm, beim Fließpressen bis 4 µm und beim Walzen bis 1 µm. Mit dem Gießen sind ähnliche Oberflächenqualitäten erreichbar. Das Zerspanen erreicht dagegen Rauheiten von 2,5 µm bis 1 µm, beim Schleifen sogar bis 0,25 µm.<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 3.</ref>

Manche Verfahren der Umformtechnik nutzen Werkzeuge die die Form der Werkstücke schon als Negativ enthalten, darunter das Walzen und [[Gesenkschmieden]]. Diese sind sehr produktiv, aber wenig flexibel, da für eine andere Werkstückform andere Werkzeuge benötigt werden. Andere Verfahren beeinflussen die Werkstückform über die Bewegung der Werkzeuge, wozu das [[Freiformschmieden]], [[Drücken (Umformen)|Drücken]] und viele Biegeverfahren zählen. Diese sind relativ flexibel aber unproduktiv.

== Maschinen ==
Die umformenden Maschinen können weiter unterteilt werden nach den Fertigungsverfahren in [[Biegemaschine]]n, [[Presse (Fertigungsmaschine)|Pressen]], [[Ziehmaschine]]n (zum [[Durchziehen]]) und [[Walzmaschine]]n. Allerdings lassen sich durch den Einbau unterschiedlicher Werkzeuge mehrere Fertigungsverfahren realisieren. Pressen eignen sich grundsätzlich zum Freiform- und Gesenkschmieden und zum Tiefziehen. Deshalb hat sich eine Einteilung nach dem zugrundeliegenden Funktionsprinzip bewährt. Bei ''energiegebundenen Umformmaschinen'' wirkt mit jedem Hub die gleiche Energiemenge auf das Werkstück. Dies kann realisiert werden, indem das Werkzeug immer aus einer bestimmten Höhe fallengelassen wird wie beim [[Fallhammer]]. Ebenfalls in diese Gruppe gehören der [[Oberdruckhammer|Oberdruck-]] und [[Gegenschlaghammer]], sowie [[Spindelpresse]]n. ''Weggebundene Umformmaschinen'' legen bei jedem Hub denselben Weg zurück. Dazu zählen [[Exzenterpresse]]n, [[Kurbelpresse]]n und [[Kniehebelpresse]]n. Kraftgebundene wirken so lange auf das Werkstück ein, bis eine bestimmte Kraft erreicht wird. Hierzu zählen [[hydraulische Presse]]n.<ref>Weck, Brecher: ''Werkzeugmaschinen – Band 1'' 5. Auflage, S. 51–53.</ref>

Zerteilende Maschinen sind den umformenden in der Konstruktion recht ähnlich und werden eingeteilt in [[Schlagschere]]n, [[Schneidpresse]]n und [[Stanzmaschine]]n. Sie werden überwiegend zur Bearbeitung von [[Blech]]en eingesetzt das als Ausgangsmaterial für die anschließende Umformung dient sowie zur Nachbearbeitung beim Gesenkschmieden (Lochen und Entgraten).

== Berechnungsgrundlagen ==

=== Fließkurven, Fließspannung und Umformgrad ===
In den meisten Gebieten der Technik ist für den Zusammenhang zwischen der Formänderung eines Körpers und den herrschenden Kräften oder [[Mechanische Spannung|Spannungen]] (Kraft pro Fläche) das [[Spannungs-Dehnungs-Diagramm]] gebräuchlich. Dort werden als Größen die [[Dehnung]] (Längenänderung bezogen auf die Ausgangslänge) und die technische Spannung (Kraft pro Ausgangsquerschnitt) genutzt.

In der Umformtechnik haben sich diese Größen nicht bewährt. Stattdessen wird hier die [[Fließkurve]] ermittelt die einen Zusammenhang liefert zwischen dem [[Umformgrad]] <math>\varphi</math> und der [[Fließspannung]] <math>k_f</math>.
* Die Fließspannung ist diejenige Spannung die zur plastischen Formänderung nötig ist. Sie wird nicht auf den Ausgangsquerschnitt bezogen, sondern auf den tatsächlich vorhandenen Querschnitt.
* Der Umformgrad ist die Längenänderung, die auf die jeweils vorhandene Längenänderung bezogen wird.

Fließkurven und somit die Fließspannungen hängen von mehreren Parametern ab. Die wichtigsten sind:
* die Umformtemperatur
* die Umformgeschwindigkeit
* der Werkstoff

=== Volumenkonstanz ===
{{Hauptartikel|Gesetz der Volumenkonstanz}}
In der Umformtechnik werden die Werkstücke in guter Näherung als inkompressibel betrachtet. Das Volumen der Werkstücke bleibt somit konstant. Wenn beispielsweise beim Walzen die Breite des Rohteils konstant ist und seine Dicke halbiert wird, dann verdoppelt sich seine Länge.

Die Umformgrade für die einzelnen Dimensionen müssen somit in Summe Null ergeben:<ref>König, Klocke: Fertigungsverfahren - Band 4: Umformen Springer, 5. Auflage S. 28.</ref>
:<math>\varphi_x + \varphi_y + \varphi_z = 0</math>

Aus der Volumenkonstanz ergibt sich auch die Geschwindigkeit des Walzgutes: Das Volumen des Rohteils das zwischen den Walzen eintritt, muss auch hinter den Walzen wieder austreten. Bei einer Halbierung der Blechdicke verdoppelt sich also die Geschwindigkeit nach den Walzen.<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 414, 416.</ref>

=== Umformgeschwindigkeit ===
Die [[Umformgeschwindigkeit]] <math>\dot \varphi</math> gibt an wie schnell die Umformung erfolgt. Die Fließspannung steigt üblicherweise bei schneller Umformung.<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 419.</ref>

Es gilt:<ref>König, Klocke: ''Fertigungsverfahren - Band 4: Umformen'' Springer, 5. Auflage S. 28</ref>
:<math>\dot \varphi_x + \dot \varphi_y + \dot \varphi_z = 0 </math>

=== Umformarbeit ===
Die für die Umformung eines bestimmten Werkstückes nötige physikalische [[Arbeit (Physik)|Arbeit]] wird für die [[Fertigungsplanung]] benötigt. Vor allem bei energiegebundenen Umformmaschinen, wie [[Fallhammer|Fallhämmern]], ist sie nötig, um die Anzahl der nötigen Hübe zu ermitteln, da bei jedem Hub eine bestimmte Energie freigesetzt wird.

Die ideelle Umformarbeit <math>W_{id}</math> (ohne Berücksichtigung von Reibung) lässt sich berechnen aus dem umgeformten Volumen <math>V</math>, der mittleren Fließspannung <math>k_{fm}</math> und dem Umformgrad <math>\varphi</math> zu:
:<math>W_{id} = V \cdot k_{fm} \cdot \varphi</math>.

Die reale Umformarbeit <math>W</math> (mit Berücksichtigung von Reibung) ergibt sich über den Umformwirkungsgrad <math>\eta_F</math> zu
:<math>W = W_{id} \cdot \frac{1}{\eta_F}</math>.

Der Umformwirkungsgrad liegt erfahrungsgemäß zwischen 0,4 und 0,8. Vor allem bei Werkstücken mit komplizierter Form, wird er experimentell ermittelt. Er hängt ab von der Reibung an den Werkzeugflächen, der Art des Umformverfahrens, dem umgeformten Werkstoff, der Werkstückgeometrie und dem Stofffluss.<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 417 f.</ref>

=== Umformkraft ===
Die Kenntnis der Umformkraft wird bei kraft- und weggebundenen Umformmaschinen benötigt, um zu ermitteln, ob die geplanten Werkstücke überhaupt bearbeitet werden können. Von Interesse ist hier vor allem die maximale Kraft.

Bei der Berechnung muss unterschieden werden, ob die Kraft unmittelbar oder mittelbar in die Umformzone eingeleitet wird. Bei Verfahren mit mittelbarer Krafteinleitung, leitet das Werkstück von der Berührstelle mit dem Werkzeug aus die Kraft in die Umformzone weiter. Dazu zählt das [[Tiefziehen]] und [[Durchziehen]]. Bei Verfahren mit unmittelbarer Krafteinleitung liegt die Umformzone direkt an der Krafteinleitungsstelle. Dazu zählt das Walzen und Schmieden.<ref>Alfred Herbert Fritz, Günter Schulze (Hrsg.): ''Fertigungstechnik'', Springer, 9. Auflage, 2010, S. 418.</ref>

Bei unmittelbarer Krafteinleitung ergibt sich die ideelle Umformkraft <math>F_{id}</math> (ohne Berücksichtigung von Reibung) aus der Fließspannung <math>k_f</math> und der Querschnittsfläche <math>A</math> senkrecht zur Kraft zu
:<math>F_{id} = A \cdot k_f</math>.

Bei mittelbarer Krafteinleitung ergibt sich die ideelle Umformkraft zusammen mit der mittleren Fließspannung <math>k_{fm}</math> und dem Umformgrad zu:
:<math>F_{id} = A \cdot k_{fm} \cdot \varphi</math>.

== Siehe auch ==
{{Commonscat|Forming processes|Umformen}}
* [[Umformgrad]]
* [[Gesetz der Volumenkonstanz]]
* [[Formänderungswiderstand]]

== Literatur ==
* [[Hartmut Hoffmann (Ingenieur)|Hartmut Hoffmann]], [[Reimund Neugebauer]], [[Günter Spur]]: ''Handbuch Umformen'', Hanser, 2012.
* Eckart Doege, Bernd-Arno Behrens: ''Handbuch Umformtechnik'', Springer, 2010, 2. Auflage.
* [[Fritz Klocke (Ingenieur)|Fritz Klocke]], [[Wilfried König (Ingenieur)|Wilfried König]]: ''Fertigungsverfahren 4 – Umformen'', Springer, 5. Auflage.

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Fertigungsverfahren|*]]
[[Kategorie:Umformen| ]]
[[Kategorie:Metallverarbeitung]]

Umformen - Versionsgeschichte

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