{"id":832,"date":"2019-08-09T10:02:55","date_gmt":"2019-08-09T08:02:55","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=832"},"modified":"2025-02-07T16:20:05","modified_gmt":"2025-02-07T15:20:05","slug":"kaltumformung-von-metall","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/kaltumformung-von-metall\/","title":{"rendered":"Kaltumformung von Metall"},"content":{"rendered":"

Die Kaltumformung ist ein Verfahren der Metallbearbeitung, bei dem der Werkstoff durch gro\u00dfe Druck- oder Zugkr\u00e4fte gezwungen wird, eine bestimmte Gestalt anzunehmen. Das Material wird vor der Verarbeitung nicht oder nur wenig erw\u00e4rmt. Darin unterscheidet sich die Kalt- von der Warmumformung. Die Temperaturgrenze, die beide Gebiete voneinander trennt, ist die Rekristallisationstemperatur.<\/strong><\/p>\n

Ausbildung des Werkstoffgef\u00fcges bei der Abk\u00fchlung der Schmelze<\/h2>\n

Die Verformbarkeit der Metalle l\u00e4sst sich auf ihre innere Struktur zur\u00fcckf\u00fchren. Am Anfang der Metallverarbeitung liegen die Werkstoffe in fl\u00fcssiger Form als Schmelze vor. Beim Abk\u00fchlen lagern sich zuerst einzelne Atome aneinander an und bilden Kristalle. Ein Kristall ist durch die regelm\u00e4\u00dfige geometrische Anordnung der Atome gekennzeichnet. Durch die Anlagerung weiterer Atome kommt es zum Kristallwachstum. Das Wachstum schreitet solange voran, bis die Kristalle aneinandersto\u00dfen.<\/p>\n

Auf diese Weise bildet sich das Werkstoffgef\u00fcge aus. Unter dem Mikroskop kann man das Gef\u00fcge sehen. Dazu werden Materialproben an einer Fl\u00e4che glattgeschliffen, poliert und ge\u00e4tzt. Die r\u00e4umliche Orientierung der Kristalle ist rein zuf\u00e4llig ausgepr\u00e4gt. Sie erscheinen im Schliffbild als K\u00f6rner, die das Licht unterschiedlich reflektieren und von den Korngrenzen umschlossen sind.<\/p>\n

\"Oberfl\u00e4chenanalyse
\u00a9 Itsanan – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Ver\u00e4nderung des Werkstoffgef\u00fcges w\u00e4hrend der Kaltumformung<\/h2>\n

Bei der Kaltumformung werden die Kristalle zusammengedr\u00fcckt oder in die L\u00e4nge gezogen. Um die neue Form beizubehalten, m\u00fcssen die angreifenden Kr\u00e4fte die Anziehungskr\u00e4fte zwischen den Atomen im Kristallgitter \u00fcberwinden. Dabei bilden sich in der Kristallstruktur Versetzungen. Die einzelnen Gitterebenen verschieben sich gegeneinander. Diese Versetzungen bewirken innere Spannungen und die Kaltverfestigung des Werkstoffs.<\/p>\n

Steigende Temperaturen rufen verst\u00e4rkte W\u00e4rmebewegungen der Teilchen eines Stoffes hervor. Ab einer bestimmten Grenze k\u00f6nnen diese W\u00e4rmebewegungen die inneren Spannungen ausgleichen. Die Atome ordnen sich zu Kristallen, die wieder den normalen Aufbau haben. Um die Versetzungen herum bauen sich die alten Strukturen wieder auf. Die Temperatur, bei der diese Vorg\u00e4nge einsetzen, ist die Rekristallisationstemperatur.<\/p>\n

Anhaltspunkte f\u00fcr die erforderlichen Kr\u00e4fte geben die Spannungs-Dehnungs-Diagramme der einzelnen Werkstoffe. Im Zugversuch wird eine genormte Materialprobe mit wachsender Kraft beansprucht. Zu Beginn dehnt sich die Probe proportional zur aufgebrachten Spannung. Oberhalb einer werkstoffabh\u00e4ngigen Gr\u00f6\u00dfe, der Streckgrenze, beginnt sich die Probe einzuschn\u00fcren. Steigt die Spannung weiter, kommt es zum Bruch. Der Bereich zwischen der Streckgrenze und der Bruchdehnung wird f\u00fcr die Kaltverformung ausgenutzt.<\/p>\n

\"Metallverarbeitung
\u00a9 Dusko – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

F\u00fcr die Kaltumformung geeignete Werkstoffe<\/h2>\n

Bei Werkstoffen f\u00fcr die Kaltverformung sollten der Bereich zwischen beginnender bleibender Verformung und Bruchdehnung m\u00f6glichst gro\u00df und die aufzubringenden Kr\u00e4fte m\u00f6glichst klein sein. Das ist bei vielen Aluminiumlegierungen, Kupfer und bestimmten Stahlsorten der Fall.<\/p>\n

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff. Der Kohlenstoffgehalt liegt bei maximal 2 %. Um die Eigenschaften gezielt zu beeinflussen, werden der Stahlschmelze weitere Metalle untergemischt. Von der genauen Zusammensetzung h\u00e4ngt ab, ob sich der Werkstoff kaltverformen l\u00e4sst oder ob ein Umformverfahren mit erh\u00f6hter Temperatur angewendet werden muss. Laut dem 2013 vom Industrieverband Massivumformung e. V. herausgegebenen Fachbuch „Massivumformung kurz und b\u00fcndig“ sollten f\u00fcr die Kaltumformung der Kohlenstoffgehalt unter 0,5% und der Gehalt an weiteren Legierungselementen unter 5% liegen.<\/p>\n

Verfahren der Kaltumformung<\/h2>\n

Kaltverformen wird in Massivkaltumformung und Blechumformung unterteilt. Die Blechumformung erfolgt zum Beispiel durch Tiefziehen und Biegen. Dabei wird die Materialdicke weitgehend beibehalten. Bei der Massivkaltumformung werden deutliche Querschnitts\u00e4nderungen hervorgerufen. Beispiele sind das Walzen und das Flie\u00dfpressen.<\/p>\n

\"Kaltumformung
\u00a9 anekoho – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Beim Walzen durchl\u00e4uft das Metall den Spalt zwischen sich drehenden Werkzeugen. Form und Anordnung der Werkzeuge bestimmen die geometrische Gestalt des Werkst\u00fccks. Auf diese Weise entstehen Profile, Ringe oder Gewinde. Die mit der Umformung einhergehende Kaltverfestigung der oberfl\u00e4chennahen Werkstoffbereiche ist h\u00e4ufig ein willkommener Effekt. Sind allerdings gro\u00dfe Querschnitts\u00e4nderungen erforderlich muss die Umformung in mehreren Schritten erfolgen. Dabei st\u00f6rt die zunehmende Festigkeit. Eine zielgerichtete W\u00e4rmebehandlung, das Rekristallisationsgl\u00fchen zwischen den Arbeitsschritten, kann die Festigkeit wieder verringern.<\/p>\n

Beim Kaltflie\u00dfpressen wird das Metall von einem Stempel in eine Matrize gedr\u00fcckt und nimmt deren Form an. Dieses Verfahren bietet sich bei der Herstellung gro\u00dfer St\u00fcckzahlen von Teilen mit einer rotationssymmetrischen Kontur an. Sind die einzelnen Teile sehr volumin\u00f6s, k\u00f6nnen sie vor der Umformung weichgegl\u00fcht werden. Dadurch reduzieren sich die aufzubringenden Kr\u00e4fte.<\/p>\n

Betriebsstoffe f\u00fcr das Kaltverformen<\/h2>\n

Bei der Kaltumformung entsteht durch Reibung W\u00e4rme, die zur Oxidation der Werkst\u00fccke und zum Kaltverschwei\u00dfen von Werkzeug und Werkst\u00fcck f\u00fchren kann. Die Reibung wird durch eine Beschichtung reduziert, die vor dem Umformen auf die Werkstoffoberfl\u00e4che aufgebracht wird. Die Schichten bestehen aus Zinkphosphat, Umform\u00f6len, Wachsen, Graphit oder speziellen Seifen und erleichtern die Gleitbewegung bei der Massivkaltumformung.<\/p>\n

Die Umformschmierstoffe<\/a> m\u00fcssen sowohl an die eingesetzten Materialien als auch an die Verfahren angepasst sein. Kluthe bietet eine gro\u00dfe Bandbreite von Umformschmierstoffen an, die zum Beispiel auf das Kaltstauchen von Befestigungselementen, das Kaltziehen von Draht oder das Biegen von Blechen spezialisiert sind. Im Portfolio befinden sich au\u00dferdem spezielle Umformschmierstoffe f\u00fcr die Kaltmassivumformung<\/a>.<\/p>\n

\"Kaltmassivumformung<\/a><\/p>\n

Um bestimmte Endabmessungen zu erreichen, sind h\u00e4ufig mehrfache Umformprozesse erforderlich, die sich mit Rekristallisationsgl\u00fchen zur Reduzierung der Festigkeit abwechseln. Dann wird die Beschichtung meistens vor der W\u00e4rmebehandlung entfernt und anschlie\u00dfend erneut aufgebracht. Hierbei lohnt sich in vielen F\u00e4llen der Einsatz von Hochleistungsschmierstoffen als Ersatz f\u00fcr Zinkphosphatschichten.<\/p>\n

Bei der Entwicklung und Auswahl von Umformschmierstoffen sind die M\u00f6glichkeiten zur anschlie\u00dfenden Abreinigung der Teile und die Umweltvertr\u00e4glichkeit der Inhaltsstoffe von wachsender Bedeutung. Oft k\u00f6nnen Produkte verwendet werden, die frei von Chlor-, Schwefel-, Bor- und Schwermetallverbindungen sind. Ebenso sind Umformschmierstoffe ohne sekund\u00e4re Amine und Formaldehydabspalter auf dem Markt verf\u00fcgbar.<\/p>\n

Vorteile der Kaltumformung<\/h2>\n

Wesentliche Vorteile der Umformprozesse gegen\u00fcber spanender Metallbearbeitung liegen in der besseren Ausnutzung des Materials und dem nicht unterbrochenen Faserverlauf. Bei gro\u00dfen St\u00fcckzahlen wirkt sich die k\u00fcrzere Bearbeitungszeit kostensenkend aus.<\/p>\n

\"Umformschmierstoffe\"<\/a><\/p>\n

Kaltverformen erm\u00f6glicht die Herstellung von Teilen mit sehr komplexen Geometrien und hohen Festigkeiten. Das wird in der Automobilindustrie, im Bau von Energieanlagen und im Armaturenbau erfolgreich genutzt. Ein weiteres Anwendungsfeld ist der Apparate- und Beh\u00e4lterbau.<\/p>\n

Warum Kaltverformen?<\/h2>\n

Im Vergleich zur Warmumformung lassen sich beim Kaltverformen eine bessere Oberfl\u00e4chen-Beschaffenheit und h\u00f6here Ma\u00df- und Formgenauigkeiten realisieren. Au\u00dferdem entf\u00e4llt der energetische Aufwand zum Erhitzen der Teile. Daf\u00fcr muss allerdings mehr mechanische Kraft aufgebracht werden.<\/p>\n

Die Kaltverfestigung im umgeformten Werkstoffbereich erspart in vielen F\u00e4llen das H\u00e4rten der fertigen Teile. Durch Kaltumformverfahren hergestellte Wellen und Gewindespindeln sind belastbarer als spanend gefertigte Teile mit dem gleichen Querschnitt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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