Die Druckumformung bezeichnet die plastische Formänderung eines festen Werkstoffs unter überwiegend wirkenden Druckspannungen. Sie gehört zur Hauptgruppe der Umformverfahren und wird nach DIN 8583 als Druckumformen eingeordnet.
Dabei wird das Metall durch äußere Kräfte dauerhaft verformt, ohne es aufzuschmelzen oder während der eigentlichen Umformung spanend abzutragen. Zu den Druckumformverfahren zählen unter anderem Walzen, Freiformen, Gesenkformen und Durchdrücken. Das Schmieden ist ein typischer Anwendungsbereich.
Bedeutung bei Schmiedeteilen
Die Druckumformung bildet die verfahrenstechnische Grundlage für die Herstellung vieler Schmiedeteile. Durch gezielt eingebrachte Druckkräfte wird der Werkstoff in die gewünschte Bauteilgeometrie gebracht. Dabei kann das Material innerhalb des Werkstücks so verteilt werden, dass belastungsgerechte Querschnitte entstehen.
Ein wesentlicher Aspekt ist die Veränderung des Werkstoffgefüges während der Umformung. Abhängig von Umformtemperatur, Umformgrad und Werkstoff können sich die mechanischen Eigenschaften verändern. Der Faserverlauf lässt sich durch eine geeignete Prozessführung an die Bauteilgeometrie anpassen. Dies kann insbesondere bei dynamisch beanspruchten Bauteilen vorteilhaft sein.
Für die Konstruktion sind die erreichbare Geometrie, erforderliche Umformkräfte und fertigungsgerechte Gestaltung entscheidend. Auch Radien, Querschnittsübergänge und mögliche Bearbeitungszugaben müssen berücksichtigt werden.
Aus wirtschaftlicher Sicht kann die Druckumformung den Materialeinsatz gegenüber einer vollständigen spanenden Herstellung reduzieren. Dem stehen je nach Verfahren Werkzeugkosten, Energiebedarf und notwendige Nachbearbeitung gegenüber.
Typische Verfahren und Einflussfaktoren
Die Druckumformung umfasst mehrere Fertigungsverfahren, die sich hinsichtlich Werkzeugführung, Materialfluss und erreichbarer Bauteilgeometrie unterscheiden.
- Freiformschmieden: Das Werkstück wird zwischen Werkzeugen umgeformt, die seine endgültige Kontur nicht vollständig vorgeben. Das Verfahren eignet sich besonders für größere Bauteile und kleinere Stückzahlen.
- Gesenkschmieden: Der Werkstoff wird durch Druck- oder Schlagkräfte in einer formgebenden Werkzeugkontur umgeformt. Das Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche Serienfertigung geometrisch definierter Bauteile.
- Walzen: Rotierende Werkzeuge verändern den Querschnitt oder die Form des Werkstücks durch Druckbeanspruchung.
- Durchdrücken: Der Werkstoff wird unter Druck durch eine Werkzeugöffnung oder in einen vorgegebenen Formraum verdrängt, beispielsweise beim Fließpressen.
Die Umformung kann warm oder kalt erfolgen. Bei der Warmumformung sinkt in der Regel der erforderliche Umformwiderstand, während bei der Kaltumformung Kaltverfestigung und höhere Anforderungen an die Werkzeugbelastbarkeit zu berücksichtigen sind.
Werkstoff, Temperatur, Umformgrad, Reibung und Werkzeuggeometrie beeinflussen den Materialfluss und damit die Maßhaltigkeit sowie mögliche Umformfehler.
Praxisbeispiel
Bei der Herstellung eines geschmiedeten Flansches wird ein erwärmter Stahlrohling durch Druckkräfte in einem Gesenk umgeformt. Der Werkstoff fließt in die vorgegebene Werkzeugkontur und bildet den Flanschkörper mit seinen unterschiedlichen Querschnitten.
Die geeignete Auslegung des Umformprozesses unterstützt eine gleichmäßige Formfüllung und die gewünschte Gefügeentwicklung. Anschließend können Funktionsflächen und Bohrungen spanend bearbeitet werden, um die geforderten Maß- und Oberflächentoleranzen zu erreichen.