Fließpressen von Stahl

217 Pages·1959·8.966 MB·German

by  Dr.-Ing. Heinz D. Feldmann (auth.)

Fließpressen von Stahl
Von
Dr.-Ing. Heinz D. Feldmann
Technischer Direktor der Cold Forging Ltd. London,
früher Oberingenieur bei den Kabel- und Metallwerken
Neumeyer AG., Nürnberg
Mit 130 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
1959
Alle Rechte, insbesondere das der 1.tbetsetzung in fremde Sprachen, vorbehalten
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© by Springer-Verlag Berlin Beideiberg 1959
Ursprünglich erschienen beiSpringer-Verlag OHG. Berlin/Gottingen/Heide1berg 1959
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1959
ISBN 978-3-662-23691-8 ISBN 978-3-662-25780-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-25780-7
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezelchungen uaw.
in diesem Buche berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der An
nahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetz
gebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften
Vorwort
Das Fließpressen (früher Kaltspritzen genannt) ist schon seit etwa
sechzig Jahren bekannt, während das Fließpressen von Stahl seit etwa
zwanzig Jahren als Fertigungsverfahren angewendet wird. Es wurde
bis 1945 vorwiegend nur für die Munitionsfertigung eingesetzt und galt
als Geheimverfahren. Dieses erklärt, daß erst nach 1945 die ersten tech
nischen Veröffentlichungen über dieses Fertigungsverfahren erschienen
sind. Die Behandlung im technischen Schrifttum ist aber bisher un
zureichend, und eine zusammenhängende Darstellung fehlt überhaupt.
Das lag einerseits dar an, daß die praktische Entwicklung des Fließpreß
verfahrans wesentlich schneller vor sich ging, als die Forschung folgen
konnte, andererseits an der ständigen Weiterentwicklung und Erschlie
ßung immer wieder neuer Anwendungsmöglichkeiten. Die Entwicklung
des Fließpressens ist noch keinesfalls abgeschlossen, in vielen Dingen
steht man erst am Anfang, aber es besteht doch ein gewisser derzeitiger
Wissensstand.
In diesem Buch wird erstmals in der Welt versucht, eine Gesamt
darstellung über das Fließpressen von Stahl auf Grund der derzeitigen
Erfahrungen und Erkenntnisse zu geben. Es wendet sich an den Stu
dierenden als ein auf das Wesentliche beschränktes Lehrbuch und als
Handbuch an den Konstrukteur und Betriebsmann. Es wurden bewußt
die einfachsten Berechnungsgrundlagen für den Kraft- und Arbeits
bedarf sowie vereinfachte Vorstellungen über die Umformvorgänge
gewählt. Auch ist der Verfasser sich darüber im klaren, daß beim Er
scheinen dieses Buches bereits wieder neue Erfahrungen und Erkennt
nisse vorliegen können.
Dieses Buch konnte nur geschrieben werden dank der großzügigen
Unterstützung der Kabel- und Metallwerke Neumeyer AG, Nürnberg,
deren einzigartige Erfahrungen überhaupt das Fundament für das
Fließpressen von Stahl bilden.
Mein Dank gilt weiter Herrn Prof. Dr.-Ing. E. SIEBEL für die
Durchsicht und Hinweise des Kapitels "Theoretische Grundlagen" und
Herrn Prof. Dr.-Ing. 0. KrENZLE für wertvolle Anregungen und Hin
weise, ferner allen Kollegen und Mitarbeitern sowie den verschiedenen
Pressenfabriken und anderen Firmen, die durch Überlassung von
IV Vorwort
Unterlagen und Bildern das Erscheinen dieses Buches förderten.
Ebenfalls möchte ich dem Springer-Verlag für die vorzügliche Zu
sammenarbeit danken.
Ich hoffe, daß der Versuch, erstmals eine zusammenfassende Dar
stellung des Fließpressens von Stahl nach dem derzeitigen Stande zu
geben, seinen Zweck erfüllen wird und dazu beitragen möge, die Weiter
entwicklung zu fördern.
N ürn her g, im Juni 1958
Heinz D. Feldmann
Inhaltsverzeichnis
Seite
I. Einleitung . . . . . 1
A. Begriffsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
B. Die geschichtliche Entwicklung des Fließpreßverfahrens 2
II. Theoretische Grundlagen 6
A. Grundbegriffe . . . . . 6
B. Anwendungsarten des Fließpressens 10
C. Der Kraft- und Arbeitsbedarf beim Fließpressen. 11
1. Vergleich der beiden Anwendungsarten 11
2. Werkstofffluß und Spannungsverteilung . . . . . . . 18
3. Berechnungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . 20
a) Rückwärtsfließpressen S. 20.- b) Vorwärtsfließpressen S. 22.
IX) Hohlkörper S. 22.- ß) Vollkörper S. 23.
4. Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
a) Rückwärtsfließpressen S. 24.- b) Vorwärtsfließpressen S. 26.
IX) Hohlkörper S. 26. - ß) Vollkörper S. 27.
5. Praktische Versuche zur Ermittlung des Kraft• und Arbeitsbedarfes
beim Fließpressen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
a) Allgemeines S. 28. - b) Das aufgenommene Arbeitsdiagramm
S. 29.-c) Meßeinrichtungen S. 30.-d) Praktische VersucheS. 34.
111. Fließpreßbare Stahlsorten 43
A. Allgemeines . . . . . . 43
1. Kaltfließpreßbare Stahlsorten 44
2. Warmfließpreß bare Stahlsorten 4 7
B. Herstellungsverfahren der Stahlsorten 48
1. Thomasstahl . . . . . 49
2. Windfrisch-Sonderstahl 50
3. Siemens-Martin-Stahl . 50
4. Elektro-Stahl . . . 51
C. Fehler des Stahles . 51
1. Einschlüsse 51
2. Gasblasen . 53
VI Inhaltsverzeichnis
Seite
3. Lunke:r 53
4. Seigerungen 55
5. Überwalzungen 56
6. Zugewalzte Kratzer, Blasen, Zunderu. ä. . 56
7. Unsachgemäßes Anwärmen 57
8. Kaliberfaltungsrisse 57
9. Spannungsrisse 57
IV. Wärmebehandlung 58
1. Normalglühen . . 58
2. Weichglühen 59
3. Rekristallisationsglühen . 59
4. Spannungsfreiglühen 60
V. Gefügeausbildung . 60
1. Allgemeines . . . 60
2. Form des Kornes 61
3. Verteilung der Körner 61
4. Größe des Kornes . . 61
VI. Einfluß des Fließpressens auf das Gefüge und die mechanischen
Festigkeitseigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . 63
A. Gefügeänderungen durch Fließpressen und nachherige
Wärmebehandlung. 63
l. Kaltfließpressen . 63
2. Warmfließpressen 65
B. Änderung der mechanischen Festigkeitseigenschaften durch
das Fließpressen . . . . . . . . . . . . . . 65
1. Einfluß der chemischen Zusammensetzung .. 65
2. Einfluß auf die metallurgischen Eigenschaften 68
a) Schlagartige Beanspruchung S. 74. - b) Schwingende Dauer-
beanspruchung S. 74.
VII. Faserverlauf . . . . . . . . . . . . . 74
VIII. Vorschriften für den Ausgangsrohling 79
1. Liefervorschrift . 79
2. Werkstoffprüfung 80
IX. Anwendung des Kaltfließpreßverfahrens 81
A. Die wirtschaftliche Menge 81
B. Konstruktive Richtlinien . 82
Inhaltsverzeichnis VII
Seite
l. Herstellbare Formen 82
2. Abmessungen . . . 85
3. Maßgenauigkeit und Taleranzen . 85
4. Fertigungsgerechte Gestaltung 89
a) Werkstoffanhäufungen S. 89.- b) Scharfe Übergänge S. 89. -
c) Unterschneidungen S. 90.- d) Formteilung S. 90.- e) Kegelig-
keit S. 91. - f) Bohrungen S. 91. - g) Gewinde S. 91. - h) Ver·
zahnungen S. 91.
C. Oberflächenbeschaffenheit 91
D. Festlegung des Arbeitsplanes 93
l. Bestimmung des Volumens . . 93
2. Festlegung der Form und Abmessung des Ausgangsrohlings 93
E. Festleguug der Arbeitsfolge. 94
F. Beispiele . . . . . . . . . . . 96
l. Festlegung des Arbeitsplanes und der Arbeitsfolge 96
2. Einzelteile und Formen 113
G. Nachbehandlung kaltfließgepreßter Werkstücke 113
l. Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . 113
a) Ölen S. 113.-b) Lacke und Anstriche S. 114.
2. Andere Überzüge ....................... 114
a) Emaillierung S. 114.-b) Gummierung und Überzüge mit Kunst
stoffen S. 114.-c) Verchromen, Vernickeln und Cadmieren S. 114.-
d) Aufbringen von Metallüberzügen S. 114.
3. Einsatzhärten und Vergüten 114
4. Schweißen und Löten . . . . . . 115
5. Spanende Bearbeitung . . . . . . 116
.tl. Vergleich des Kaltfließpressens mit anderen Formgebungs-
verfahren . . . . . 117
l. Schmiedeverfahren 117
2. Gießverfahren . . 118
3. Spanabhebende Bearbeitung 120
4. Sinterverfahren . . . . . . 122
5. Verschiedene Verfahren der Formung 122
X. Die Werkzeuge des Fließpressens 125
l. Allgemeines . . . . . . . . . 125
2. Auswahl der Werkzeugstähle . 126
3. Behandlung der Werkzeugstähle. 131
4. Konstruktion der Werkzeuge . . 137
VIII Inhaltsverzeichnis
Seite
5. Konstruktion und Behandlung von Hartmetallwerkzeugen 144
6. Herstellung der Werkzeuge . 145
XI. Oberflächenbehandlung . . . 147
l. Beseitigung von Oberflächenfehlern 148
2. Entzundern und Beizen . . . . . 148
a) Verfahren und AnwendungS. 148.-b) Anlagen und Einrichtungen
s. 151.
3. Reinigen, Entfetten, Spülen und Waschen . . . . . . . 151
a) Verfahren und Anwendung S. 151. - b) Anlagen S. 152.
4. Erzeugung besonderer Schmiermittelträgerschichten . . . . . . . . 152
a) Verfahren und Anwendung S. 152.- b) Phosphatierungsanlagen
s. 156.
5. Schmiermittel . . 158
XII. Glüheinrichtungen 160
1. Muffel- oder Kammeröfen 164
2. Schacht- oder Muldenöfen 164
3. Hauben- oder Glockenöfen 165
4. Drehherdöfen . . . . . . 165
5. Stoß-, Durchzieh-, Förderband- und Rollenherdöfen . 165
6. Induktionsglüheinrichtungen 170
XIII. Maschinen zum Fließpressen 172
1. Mechanische Pressen . 172
2. Hydraulische Pressen . 172
3. Spezialmaschinen 188
Anhang: Fließkurven von Stahl 197
Literaturverzeichnis . . . . . . 205
I. Einleitung
A. Begriffsbestimmung
Für das Umformen metallischer Rohlinge, z. B. Scheiben und
Stangenabschnitte oder Vor.preßlinge zu Körpern verschiedener-vor
wiegend rotationssymmetrischer Form -, bei dem durch Druck eines
Stempels der Werkstoff aus einem offenen Gesenk oder einer Preß
büchse verdrängt wird, wobei eine Änderung des Querschnittes ein
tritt, hat man in den letzten Jahren u. a. folgende Benennungen ge
hört: Kaltspritzen, Spritzpressen, Preßfließen, Fließpressen (ADB).
Inzwischen haben sich die deutschen Fachleute darüber geeinigt., in
Zukunft für diese Art der Umformung die Benennung Fließpressen fest
zulegen!. Es soll somit im folgenden nur von Fließpressen gesprochen
werden. Hierbei muß man unterscheiden zwischen Kaltfließpressen
und Warmfließpressen.
Es wird allgemein die Formgebung unterhalb der Rekristallisations
temperatur als Kaltformgebung und solche oberhalb als Warmform
gebung bezeichnet (SIEBEL)2• Im folgenden wird analog das Fließ
pressen unterhalb der Rekristallisationstemperatur als Kaltfließpressen
und oberhalb als Warmfließpressen bezeichnet.
Der Grund liegt darin, daß die Formbarkeit metallischer Werk
stoffe in hohem Maße durch die Temperatur beeinflußt wird, bei
der die Formgebung vor sich geht. Bei tiefen Temperaturen behalten
die einzelnen Kr-istallite die der Formänderung des Gesamtkörpers
entsprechende Verzerrung auch nach der Umformung bei, und der
Formänderungswiderstand vergrößert sich mit zunehmender Form
änderung. Es tritt somit eine Verfestigung des Werkstoffes ein.
Wird die Umformungstemperatur dagegen über die Rekristalli
sationstemperatur gesteigert, so nimmt das Gefüge bereits während
der Umformung oder nach einer bestimmten Zeit wieder seine ursprüng
liche Gestalt an, wobei auch die Festigkeit wieder ihre ursprünglichen
Werte zurückerhält.
Es steht dem nichts im Wege, wenn man für gewisse Fälle, wo der
Rohling nicht bei Raumtemperatur, sondern angewärmt auf Tem-
1 Vgl. VDI-Arbeitsblatt: Kaltfließpressen 5-3138, März 1953.
2 SIE.BEL, E.: Die Formgebung im bildsamen Zustande. Theoretische Grund
lagen der technischen Formgebungsverfahren. S. 14. Düsseldorf: Stahleisen 1932.
Feldmann, Fließpressen