Umformtechnik

Mittels Hydroforming Umformtechnik hergestelltes Formteil aus Metall

Der Begriff Umformtechnik bezeichnet alle Verfahren, mit denen sich vornehmlich metallische Stoffe ohne Wegnehmen oder Hinzufügen von Material in die gewünschte Form bringen lassen. Das Umformen ist beim Herstellen von Werkstücken eine Alternative zu Methoden wie dem Gießverfahren und spanabtragenden Verfahren.

Grundlegende Funktionsweise des Umformens

Die Umformtechnik zeichnet sich dadurch aus, dass der Werkstoff während des Prozesses seine Masse behält. Die Änderung der Form erfolgt ausschließlich durch ein gezieltes Umformen des vorhandenen Rohteils: Der Stoffzusammenhalt bleibt gewahrt. DIN 8580 definiert den Umformvorgang als “Fertigen durch bildsames oder plastisches Ändern der Form eines festen Körpers.”

Sämtliche Umformverfahren setzen die Verwendung eines plastischen Werkstoffs voraus. Plastizität bedeutet, dass sich Materialien unter Krafteinwirkung irreversibel verformen lassen. Nach dem Umformen verbleiben sie in der angestrebten Form, ohne dass weitere Maßnahmen erforderlich sind. In der Praxis findet die Umformtechnik insbesondere bei Materialien wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Messing, Chrom und Titan Anwendung.

Die konkreten Umformprozesse unterscheiden über diese allgemeine Definition hinaus deutlich: Es gibt zahlreiche Verfahren, die bei mehreren Aspekten relevante Abweichungen aufweisen. Diese Verfahren erfordern den Einsatz verschiedenartiger Maschinen. Häufig handelt es sich um Pressen. Beispiele sind Spindelpressen, hydraulische Pressen, Kniehebelpressen und Exzenterpressen.

Vielfältige Umformverfahren: Grundtypen

Die Methoden der Umformtechnik lassen sich nach unterschiedlichen Kriterien einteilen. Die Klassifizierung erfolgt unter anderem nach folgenden Faktoren:

  • Temperatur des Werkstücks bei der Umformung
  • Dimension der Werkstücke (Maße)
  • Beanspruchungsart beim Umformprozess (Spannungen)

In den folgenden Abschnitten erhalten Sie einen Überblick über die wichtigsten Untergruppen des Umformens – gegliedert nach den eben genannten Unterscheidungsmerkmalen.

Temperatur des Werkstücks

Die Umformtechnik umfasst die Warmumformung, die Kaltumformung und die Halbwarmumformung. Entscheidend ist, ob die Temperatur des Werkstoffs über oder unter der Rekristallisationstemperatur des jeweiligen Metalls liegt. Übertrifft die Temperatur die Rekristallisationstemperatur, handelt es sich um eine Warmumformung. Im gegenteiligen Fall liegt eine Kaltumformung vor. Bei der Halbwarmumformung befindet sich die aktuelle Temperatur knapp unter der Rekristallisationstemperatur – bei diesem Verfahren verbinden die Hersteller die Vorteile der Warm- und Kaltumformung.

Dimension des Werkstücks

Bei dieser Einteilung der Umformungsverfahren kommt es auf die Beschaffenheit des Werkstücks an. Es lassen sich die drei Varianten Draht-, Blech- und Massivumformung unterscheiden. Bei der Drahtverformung ändert die Umformtechnik die Form eines Metallfadens und dünnen Metallstabs. Unternehmen stellen auf diese Weise unter anderem Stromleiter und Federn her.

Die Blechumformung kommt bei dünnen und meist ebenen Blechen zum Einsatz. Typische Verfahren beim Umformen von Blechen sind das Tiefziehen, das Biegen und das Drücken.

Bei der Massivumformung als weitere Umformtechnik formen Maschinen kompakte Werkstücke um. Die Werkstücke verfügen in allen drei Dimensionen über größere Maße. Es kann sich zum Beispiel um dicke Rohre oder Quader handeln. Häufig verwendete Umformverfahren sind:

  • Gesenkeschmieden
  • Freiformschmieden
  • Strangpressen
  • Fließpressen

Beanspruchungsart 

Ein bedeutendes Unterscheidungskriterium ist zudem die Beanspruchungsart während des Umformens. Entscheidend sind hierbei die Spannungen, die während des Umformprozesses entstehen und welche die gewünschte Formveränderung bewirken.

Es existieren folgende Grundtypen und konkrete Umformungsverfahren:

  • Druckumformen: Walzen, Gesenkformen, Freiformen, Durchdrücken oder Eindrücken
  • Zugdruckumformen: Tiefziehen, Durchziehen, Drücken, Knickbauchen, Kragenziehen, Hydroforming oder Innenhochdruckumformen
  • Zugumformen: Längen, Weiten oder Tiefen
  • Biegeumformen: mit geradliniger oder drehender Bewegung des Werkzeugs 
  • Schubumformen: Verdrehen oder Verschieben

Vorteile der Umformtechnik

Umformverfahren weisen im Vergleich zu anderen Verfahren erhebliche Vorteile auf. Ein wesentlicher Pluspunkt ist die Gestaltungsvielfalt: Mit der Umformtechnik lassen sich auch komplizierte Bauteile herstellen, ohne dass die Oberflächenqualität darunter leidet. Zudem wird beim Umformen der Faserverlauf nicht unterbrochen. Das führt zu einem beanspruchungsgerechten Faserverlauf – die Werkstücke behalten ihre Festigkeit.

Die hohe Effizienz und die Wirtschaftlichkeit der Umformtechnik verdienen ebenfalls Erwähnung. Im Vergleich zu spanenden Verfahren schneiden Umformverfahren zum Beispiel bei der Materialnutzung hervorragend ab, da keine Abfälle entstehen. Zugleich lasst sich das Umformen rasch durchführen – in diesem Aspekt ist die Umformtechnik additiven Fertigungsverfahren überlegen.

Anwendungsbereiche der Umformtechnik

Umformverfahren kommen bei der Produktion zahlreicher Bauteile und Endprodukte zum Einsatz. Ein typisches Beispiel ist die Produktion von Komponenten für Autos. Vielfältige Bestandteile von Fahrzeugen sind Erzeugnisse aus der Blech- sowie Massivumformung. Dazu zählen Verkleidungsteile, Kurbelwellen, Federungen, Leitungen und vieles mehr.

Die Umformtechnik eignet sich zugleich für sämtliche Herstellungsarten. Unternehmen stellen mit Umformverfahren Prototypen, kleine Stückzahlen oder Massenprodukte her. Wichtig ist, hierfür das jeweils passende Verfahren auszuwählen. Alle Umformtechniken weisen diverse Vor- und Nachteile auf.

Häufig gestellte Fragen zur Umformtechnik

Was bedeutet umformen?

Bei der Umformtechnik ändert eine Maschine den Zustand eines Werkstoffs, ohne Material hinzuzufügen oder zu entfernen. Der Stoffzusammenhalt bleibt bei diesem Prozess unverändert. Umformverfahren lassen sich bei unterschiedlichen plastischen Materialien anwenden. DIN 8580 definiert die Umformtechnik präzise und verbindlich.

Welche Umformverfahren gibt es?

Es haben sich zahlreiche Umformungstechniken etabliert. Sie lassen sich nach mehreren Kriterien klassifizieren. Besonders die Beanspruchungsart erweist sich als hilfreiche Einteilung: Es existieren Verfahren des Druckumformens, des Zugumformens, des Zugdruckumformens, des Biegeumformens und des Schubumformens. Alle diese Kategorien umfassen jeweils mehrere konkrete Umformungsverfahren wie das Walzen, das Tiefziehen, das Durchdrücken und das Hydroforming.

Welche Werkstoffe eignen sich zum Umformen?

Bei der Umformtechnik kommen ausschließlich plastische Werkstoffe zum Einsatz. In der Regel handelt es sich um unterschiedliche Metalle. Werkstücke bestehen häufig aus Aluminium, Stahl, Edelstahl, Kupfer oder Titan. Die wesentliche Voraussetzung ist, dass der Werkstoff plastisch ist. Er muss sich unter Kraftanwendung verformen lassen und diese Form dauerhaft behalten.

Wann ist ein Blech zum Umformen geeignet?

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten – es hängt vom Anforderungsprofil und dem eingesetzten Material ab. Mit der Umformbarkeit gibt es ein Kriterium, mit dem sich die Werkstoffeigenschaft für das Umformen messen lässt: Empfehlenswerte Bleche weisen eine niedrige Festigkeit und eine hohe Bruchdehnung auf.

Welche Vorteile bietet Umformung mittels Hydroforming?

Das Hydroforming ist eine innovative Unterform des Umformens, die im Vergleich zu anderen Varianten einige relevante Vorzüge aufweist. So genügt bei diesem Verfahren ein Werkzeug, ein Stempel und ein Niederhalter sind nicht notwendig. Das reduziert den Aufwand und die Kosten. Auch die Entwicklungszeit bis zum Produktionsbeginn ist dadurch kurz: Meist reichen wenige Wochen. Zugleich lassen sich mit dieser Umformtechnik komplexe Werkstücke in beeindruckender Präzision und mit hoher Oberflächenqualität fertigen.

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