{"id":6642,"date":"2025-04-19T15:14:24","date_gmt":"2025-04-19T13:14:24","guid":{"rendered":"https:\/\/eichenberger.staging2.net\/?p=6642"},"modified":"2025-04-25T10:51:06","modified_gmt":"2025-04-25T08:51:06","slug":"die-bibliothek-des-gewinderollens-5-9","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.eichenberger.com\/de\/blog\/die-bibliothek-des-gewinderollens-5-9\/","title":{"rendered":"Die Bibliothek des Gewinderollens – 5\/9"},"content":{"rendered":"\n

Metallurgische Grundlagen<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Das Gewinderollen ist ein Paradebeispiel f\u00fcr die Effizienz und Pr\u00e4zision des Kaltumformens<\/strong>. Dieses Verfahren vereint Materialschonung, Ma\u00dfhaltigkeit und Langlebigkeit \u2013 Eigenschaften, die in der modernen Technik unverzichtbar sind. In diesem Artikel erfahren Sie, wie das Kaltumformen<\/strong> funktioniert und warum es f\u00fcr die Herstellung von gerollten Gewinden<\/a> so bedeutend ist.<\/p>\n\n\n\n

Was ist Kaltumformen?<\/h2>\n\n\n\n

Das Kaltumformen<\/strong>, auch Kaltmassivumformen genannt, ist ein Verfahren, bei dem Werkstoffe ohne vorherige Erw\u00e4rmung plastisch verformt werden. Der durch den Umformvorgang selbst hervorgerufene kleine Temperaturanstieg (Eigenerw\u00e4rmung) wird bei dieser Begriffsdefinition vernachl\u00e4ssigt. Die durch das Kaltumformen hervorgerufenen \u00c4nderungen der Werkstoffeigenschaften bleiben somit dauerhaft erhalten. Der Werkstoff bleibt dabei unterhalb seiner Rekristallisationstemperatur, wodurch:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • Gef\u00fcgever\u00e4nderungen minimiert<\/strong>\u00a0werden.<\/li>\n\n\n\n
  • H\u00f6here Festigkeiten<\/strong>\u00a0durch Kaltverfestigung erreicht werden.<\/li>\n\n\n\n
  • Eine exakte\u00a0Ma\u00dfhaltigkeit<\/strong>\u00a0erzielt wird.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Unter dem Oberbegriff Kaltumformen fasst man mehrere Verfahren zusammen. Im Rahmen dieser Technik Blogs wird das Kaltumformen allerdings nur im Zusammenhang mit den sp\u00e4ter beschriebenen Gewinderollverfahren betrachtet.<\/p>\n\n\n\n

    Vorteile des Kaltumformens im Gewinderollen<\/h3>\n\n\n\n

    Das Gewinderollen<\/strong> z\u00e4hlt zu den wichtigsten Anwendungen des Kaltumformens. Dabei werden die Gewinde durch plastisches Flie\u00dfen des Materials geformt, ohne dass Material verloren geht. Vorteile sind:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Verbesserte Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t<\/strong>\u00a0ohne Nacharbeit.<\/li>\n\n\n\n
    • H\u00f6here Belastbarkeit<\/strong>\u00a0durch ununterbrochene Fasern im Material.<\/li>\n\n\n\n
    • Effiziente Ressourcennutzung<\/strong>\u00a0durch minimale Abf\u00e4lle.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

       <\/h3>\n\n\n\n

      Voraussetzungen f\u00fcr das Kaltumformen<\/h3>\n\n\n\n

      Jede Art der Kaltumformung setzt zun\u00e4chst die grunds\u00e4tzliche F\u00e4higkeit eines Werkstoffs zur plastischen Form\u00e4nderung voraus. Eine plastische Umformung im Werkst\u00fcck ist grunds\u00e4tzlich nur m\u00f6glich, wenn die auf den Werkstoff aufgebrachte \u00e4ussere Schubspannung die kritische innere Schubspannung \u00fcberschreitet. Jedoch darf dabei an keiner Stelle des Teils die Bruchfestigkeit (Trennbruch- oder Scherfestigkeit) erreicht werden. Die Form\u00e4nderung kann daher lokal unterschiedlich sein. Liegen an einer Stelle schon kritische Bedingungen vor, weist der Grundwerkstoff an einer anderen Stelle noch gar keine Ver\u00e4nderung auf.<\/p>\n\n\n\n

      Kaltumformen lassen sich sowohl r\u00e4umlich massive Halbzeuge als auch Flachzeug (z.B. Bleche), dessen Breite viel gr\u00f6sser ist als die Dicke. Das Umformergebnis h\u00e4ngt aber wesentlich von der Art des Halbzeugs ab. Es handelt sich stets um einen dreidimensionalen Prozess.<\/p>\n\n\n\n

      Bezeichnung der Kaltumformarkeit<\/h3>\n\n\n\n

      Das Verhalten eines Werkstoffs bei der Kaltumformung l\u00e4sst sich nicht durch eine einzelne Kenngr\u00f6sse beschreiben. Mehrere Eigenschaften des Werkstoffs sowie der Einfluss des Umformwerkzeugs und des gew\u00e4hlten Umformprozesses sind zu ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n\n\n\n

      Form\u00e4nderungsfestigkeit und Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen<\/h3>\n\n\n\n

      Die Kaltumformbarkeit eines Werkstoffs l\u00e4sst sich grunds\u00e4tzlich durch zwei Eigenschaften charakterisieren: die Form\u00e4nderungsf\u00e4higkeit und das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen. Unter der Form\u00e4nderungsfestigkeit versteht man die f\u00fcr das plastische Fliessen erforderliche mechanische Spannung \u2013 man spricht deshalb auch von der Fliessspannung oder Fliessgrenze. Aus der Fliessspannung k\u00f6nnen der Kraftbedarf f\u00fcr die Umformung und die zu erwartenden Werkstoffeigenschaften nach der Umformung abgesch\u00e4tzt werden, nicht jedoch die zu erwartende Form.<\/p>\n\n\n\n

      Diese Obergrenze der plastischen Umformbarkeit wird als das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen bezeichnet. Als \u00e4usseres Zeichen kommt es zu ersten Rissen oder gar zum Bruch. Zur Veranschaulichung diene der bekannte Zugversuch: Nach dem \u00dcberschreiten der Streckgrenze (\u00dcbergang vom elastischen zum plastischen Verhalten des Werkstoffs) kommt es nach einer bestimmten Dehnung zun\u00e4chst zu einer Reduktion des Querschnitts (Einschn\u00fcrung) und dann zum Bruch. Bei Belastung auf Zug wird deshalb die im Zugversuch ermittelte Bruchdehnung als massgebende Gr\u00f6sse f\u00fcr das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen herangezogen.<\/p>\n\n\n\n

      Das Formver\u00e4nderungsverm\u00f6gen eines Werkstoffs wird vor allem von der Art des Spannungszustands, der Werkstofftemperatur und der Form\u00e4nderungsgeschwindigkeit beeinflusst. Diese Materialeigenschaft muss also f\u00fcr jede Kaltumformung eigens durch Versuche ermittelt werden.<\/p>\n\n\n\n

      Fliesskurve<\/h3>\n\n\n\n

      Die Fliesskurve beschreibt den Zusammenhang zwischen der Fliessspannung und dem Umformgrad. Als Umformgrad wird \u2013 etwas vereinfacht gesagt \u2013 das Ausmass der Form\u00e4nderung bezeichnet. Man spricht von einer idealen Fliesskurve, wenn die Geschwindigkeit der Form\u00e4nderung und die Werkst\u00fccktemperatur w\u00e4hrend der Umformung konstant bleiben. In jedem realen Umformprozess \u00e4ndern sich die beiden Kenngr\u00f6ssen aber laufend. Eine reale Fliesskurve ber\u00fccksichtigt die jeweiligen praktischen Bedingungen der Umformung, die stets auch vom Umformgrad abh\u00e4ngen. Sie unterscheidet sich in jedem Fall von der idealen Fliesskurve.<\/p>\n\n\n\n

      Einfl\u00fcsse auf die Kaltumformbarkeit<\/h2>\n\n\n\n

      Eine Kombination dreier Werkstoffeigenschaften ist in der Praxis des Kaltumformens entscheidend:<\/p>\n\n\n\n

        \n
      • niedrige Form\u00e4nderungsfestigkeit:\u00a0<\/strong>geringe Spannung f\u00fcr das plastische Fliessen<\/li>\n\n\n\n
      • gutes Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen:\u00a0<\/strong>keine Risse w\u00e4hrend der Umformung<\/li>\n\n\n\n
      • gute Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit:\u00a0<\/strong>nach der Umformung<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

        Einfluss des Gef\u00fcges<\/strong>
        Das Gef\u00fcge eines Werkstoffs spielt eine zentrale Rolle bei der Kaltumformbarkeit<\/strong>.Ohne zu sehr in die Tiefe zu gehen, kann man sagen, dass das Werkstoffgef\u00fcge wesentlichen Einfluss auf die Form\u00e4nderungsfestigkeit und das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen hat. H\u00e4ngt die Oberfl\u00e4cheng\u00fcte vom Fertigungsvorgang selbst ab, kann man diese beiden Eigenschaften somit durch geeignete Wahl der chemischen Zusammensetzung des Grundmaterials oder \u00fcber die Einstellung des g\u00fcnstigsten Werkstoffgef\u00fcges durch eine W\u00e4rmebehandlung optimieren.<\/p>\n\n\n\n

        Einfluss der Gitterstruktur<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

        Eine weitere Werkstoffeigenschaft mit Einfluss auf die Kaltumformbarkeit sei der Vollst\u00e4ndigkeit halber erw\u00e4hnt, aber nicht tiefer gehend ausgef\u00fchrt: Bleibende Form\u00e4nderungen beim Umformen werden durch Gleitungen innerhalb der einzelnen Kristallite erm\u00f6glicht. Daher hat auch die Gitterstruktur erheblichen Einfluss auf die Kaltumformbarkeit. Denn die Anzahl der bevorzugten Gleitebenen und die Gleitrichtungen h\u00e4ngen von ihr ab.<\/p>\n\n\n\n

        Umformtechnologie<\/h3>\n\n\n\n

        Beim Kaltumformen bestimmt die Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkst\u00fcck ganz wesentlich den Beanspruchungszustand. Die Reibung wiederum wird entscheidend durch die Werkzeuggeometrie und Schmierung beeinflusst. Auch wenn zur Nachbildung der Charakteristika verschiedener Kaltumformverfahren eine Vielzahl von Pr\u00fcfmethoden entwickelt wurde, gelten diese in der Regel nur f\u00fcr die zugrundeliegenden Werkst\u00fccke und den gew\u00e4hlten Umformprozess. Die erhaltenen Kennwerte lassen sich nur mit gr\u00f6sster Vorsicht auf andere Werkst\u00fcckabmessungen oder Umformprozesse \u00fcbertragen.<\/p>\n\n\n\n

        Erfolg durch Erfahrung<\/h3>\n\n\n\n

        Gerade diese variablen Einflussgr\u00f6ssen und deren Auswirkungen f\u00fchren dazu, dass beim Gewinderollen Erfahrungswerte wesentlich zum Erfolg beitragen, wenn sie nicht gar dessen wichtigster Eckpfeiler sind. Um festzustellen, ob sich die Werkstoffparameter innerhalb des zul\u00e4ssigen Bereichs bewegen, muss unter anderem die Temperatur gef\u00fchlt und das Ger\u00e4usch des Rollens kontrolliert werden. Speziell ist darauf zu achten, dass die Prozesstemperatur niedrig bleibt. Gelingt dies nicht, geht die Kontrolle \u00fcber den Fliessprozess verloren. Die Folge ist ein Aufplatzen des Gewindes, vor allem bei kleinen Kerndurchmessern.<\/p>\n\n\n\n

        Werkstoffverhalten bei der Kaltumformung<\/h2>\n\n\n\n

        Eigenerw\u00e4rmung<\/strong><\/p>\n\n\n\n

        Grunds\u00e4tzlich hat die Eigenerw\u00e4rmung eines Rohlings zwar positive Auswirkungen auf das Fliessverhalten, die Formstabilit\u00e4t des Gewindes leidet jedoch. Als Folge starker Eigenerw\u00e4rmung wird die Pr\u00e4zision praktisch unkontrollierbar.<\/p>\n\n\n\n

        Erheblichen Einfluss auf die Eigenerw\u00e4rmung hat die Form\u00e4nderungsgeschwindigkeit. Diese l\u00e4sst sich jedoch nur schwer absch\u00e4tzen und schon gar nicht beziffern. Bei sehr langsamer Umformung kann dieser Einfluss jedoch vernachl\u00e4ssigt werden.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"
        Abb. 14: Abh\u00e4ngigkeit der Vickersh\u00e4rte und Fliessspannung von der Vergleichsform\u00e4nderung<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

        Verfestigung<\/h3>\n\n\n\n

        Beim Kaltumformen ist die Zunahme der Festigkeitswerte in den meisten F\u00e4llen eine gew\u00fcnschte Eigenschaft. Diese Verfestigung \u2013 auch als H\u00e4rteverlauf bezeichnet \u2013 ist der lokalen Form\u00e4nderung proportional, wie Abbildung 14 beispielhaft f\u00fcr zwei verschiedene St\u00e4hle zeigt.<\/p>\n\n\n\n

        Das Ausmass der Verfestigung bestimmt auch die Eigenschaften des erzeugten Werkst\u00fccks. Die Form\u00e4nderung und die davon abh\u00e4ngige Festigkeitssteigerung k\u00f6nnen in einem kaltumgeformten Werkst\u00fcck lokal sehr unterschiedlich sein.<\/p>\n\n\n\n

        Ver\u00e4nderte Eigenschaften des Werkstoffs<\/h3>\n\n\n\n

        Mit zunehmendem Umformgrad steigen die Streckgrenze und Zugfestigkeit an, w\u00e4hrend die Gleichmassdehnung (elastische Dehnung), Bruchdehnung (plastische Dehnung) und Brucheinschn\u00fcrung abnehmen, bis schliesslich die Gleichmassdehnung ganz verschwindet.<\/p>\n\n\n\n

        Aufgrund der im Halbzeug vorhandenen Spannungen und der durch das Werkzeug eingebrachten Spannungen k\u00f6nnen in kaltumgeformten Metallen nach der plastischen Verformung mechanische Spannungen unterschiedlicher Gr\u00f6sse verbleiben. Diese f\u00fchren tendenziell zum Aufreissen stark umgeformter Bereiche. Ein erfahrener Kaltumformer ist sich dessen bewusst.<\/p>\n\n\n\n

        Grenzen des Werkstoffs<\/h3>\n\n\n\n

        Je nachdem, wie ein Werkstoff versagt, zeigen sich unterschiedliche Bruchformen. Die besonders gef\u00fcrchteten Schubspannungsbr\u00fcche treten dann auf, wenn die gr\u00f6sste (lokal auftretende) Schubspannung die Scherbruchfestigkeit erreicht oder \u00fcberschreitet. F\u00fcr die Umformbarkeit eines Werkstoffs ist deshalb der Unterschied zwischen der Schubspannung am Beginn der plastischen Verformung und der Scher- oder Trennbruchfestigkeit von Bedeutung.<\/p>\n\n\n\n

        Prinzipiell ist bei jedem Metallwerkstoff eine Kaltumformung m\u00f6glich. In der Praxis muss das Material physikalische Voraussetzungen erf\u00fcllen (insbesondere ausreichende Dehnung aufweisen) und die Grenzen des Werkstoffs m\u00fcssen eingehalten werden k\u00f6nnen. Prinzipiell ist bei jedem Metallwerkstoff eine Kaltumformung m\u00f6glich. In der Praxis muss das Material physikalische Voraussetzungen erf\u00fcllen (insbesondere ausreichende Dehnung aufweisen) und die Grenzen des Werkstoffs m\u00fcssen eingehalten werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

        Kaltumformen von Stahl<\/h2>\n\n\n\n

        Kaltumformbarkeit Kohlenstoff und Legierungselemente<\/strong>

        St\u00e4hle mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 1,5% eignen sich nicht f\u00fcr die Kaltumformung. Zus\u00e4tze von z.B. Schwefel, Phosphor oder Blei beeintr\u00e4chtigen im Allgemeinen das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen. So eignet sich ein bleihaltiger Automatenstahl f\u00fcr die spanabhebende Bearbeitung durch Drehen, Fr\u00e4sen oder Bohren hervorragend, f\u00fcr das Kaltumformen ist er jedoch nur bedingt zu gebrauchen. Legierungs- oder Begleitelemente wie Mangan, Silizium, Aluminium und Stickstoff \u00fcben einen verfestigenden Einfluss aus. Daher wird beim Erschmelzen und Vergiessen angestrebt, ihren Anteil gering zu halten.<\/p>\n\n\n\n

        Als sehr gut verformbar gelten St\u00e4hle mit wenig Kohlenstoff und ohne Legierungszus\u00e4tze. Bei solchen kohlenstoffarmen und unlegierten St\u00e4hlen besteht das Gef\u00fcge fast ausschliesslich aus Ferritk\u00f6rnern; der Anteil an Zementit ist gering. Bis zu Kohlenstoffgehalten von rund 0,35% hat das Ferrit entscheidenden Einfluss auf das Verfestigungsverm\u00f6gen unlegierter und niedrig legierter St\u00e4hle.<\/p>\n\n\n\n

        Werkzeugbedingte Grenze der Formgebung<\/h5>\n\n\n\n

        Werden h\u00f6here Umformgrade verlangt, ist aufgrund der eintretenden Verfestigung ein Zwischengl\u00fchen notwendig. Zudem halten die Werkzeuge je nach Werkstoff und W\u00e4rmebehandlung eine Fl\u00e4chenpressung von h\u00f6chstens 2800N\/mm2<\/sup> aus. Da sich mit steigender Fliessspannung die Fl\u00e4chenpressung erh\u00f6ht, wird beim Erreichen dieses Werts die Grenze der Formgebung erreicht, auch wenn das Form\u00e4nderungsverm\u00f6gen noch nicht ausgesch\u00f6pft sein sollte.<\/p>\n\n\n\n

        Geeignete St\u00e4hle<\/h5>\n\n\n\n

        Neben unlegierten und niedrig legierten St\u00e4hlen werden h\u00e4ufig auch nichtrostende (chemisch best\u00e4ndige) St\u00e4hle kalt umgeformt. Zu unterscheiden ist zwischen ferritischen, martensitischen und austenitischen St\u00e4hlen.<\/p>\n\n\n\n

        Ferritische und martensitische Chromst\u00e4hle<\/h5>\n\n\n\n

        Die Kristallite des Grundgef\u00fcges ferritischer Chromst\u00e4hle, wie z.B. des niedrig legierten Chromstahls vom Typ 1.4021, besitzen ein kubisch-raumzentriertes Gitter. Solche St\u00e4hle weisen nur m\u00e4ssige Korrosionsbest\u00e4ndigkeit auf. Ihr Verfestigungsverhalten \u00e4hnelt dem unlegierter St\u00e4hle. Martensitische Chromst\u00e4hle, die Zus\u00e4tze von Kobalt, Molybd\u00e4n, Nickel oder Vanadium enthalten und ebenfalls nur bedingten Korrosionsschutz bieten, verf\u00fcgen \u00fcber eine tetragonal verzerrte raumzentrierte Gef\u00fcgestruktur. Sie lassen sich deutlich schlechter kaltumformen als ferritische Chromst\u00e4hle.<\/p>\n\n\n\n

        \"\"
        Abb. 15: Aus dem Druckversuch bei 20\u00b0C ermittelte Fliesskurven zweier verschiedener St\u00e4hle<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
        Austenitische St\u00e4hle<\/h5>\n\n\n\n

        Dagegen haben austenitische St\u00e4hle aufgrund ihres kubisch-fl\u00e4chenzentrierten Gitteraufbaus mit seinen zahlreichen Gleitm\u00f6glichkeiten ein deutlich besseres Verfestigungsverm\u00f6gen. Mit steigendem Anteil an Legierungselementen wie Chrom, Kupfer, Molybd\u00e4n oder Nickel nimmt die Verfestigung der austenitischen St\u00e4hle ab.<\/p>\n\n\n\n

        Theorie und Praxis<\/h5>\n\n\n\n

        Abbildung 15 zeigt die im Druckversuch ermittelten Fliesskurven eines instabil austenitischen und eines stabil austenitischen Stahls. Bei etwa gleichen Ausgangswerten der Fliessspannung liegt die Fliessspannung des zur Umwandlung neigenden instabil austenitischen Stahls nach einer Umformung um rund 65% \u00fcber der des stabil austenitischen Stahls. In der Praxis weichen die Ergebnisse bei einer Kaltumformung in der Regel stark von denen des Druckversuchs ab.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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