Umformkräfte

Umformkräfte sind die Kräfte, die während eines Umformprozesses auf das Werkstück und das Werkzeug wirken und die plastische Verformung des Materials ermöglichen. Sie resultieren aus dem Widerstand des Werkstoffs gegen Umformen (Fließspannung) sowie aus Reibung und Kontaktkräften an den Formwerkzeugen. Typische Umformprozesse sind Blasen-, Tiefziehen, Ziehen, Walzen, Schmieden und Stanzen.

Die Größenordnung und Verteilung der Umformkräfte hängen von mehreren Faktoren ab. Wesentlich ist die Fließspannung des Materials, die von Temperatur, Dehnrate, Mikrostruktur und Temperaturzustand (kalt, warm, heiß) beeinflusst wird. Weitere Einflussgrößen sind die Geometrie des Werkzeugs und der Formhohlschliff, der Kontaktbereich, Schmierung bzw. Reibungseigenschaften, sowie der gewünschte Umformgrad. Höherer Umformgrad, schlechtere Schmierung oder ungünstige Werkzeugebene erhöhen die erforderlichen Kräfte. In der Praxis ziehen sich Kräfte gegenseitig über die gesamte Fläche des formenden Werkzeugs und des Werkstücks aus.

Kostenschätzung und Analyse verwenden oft das ungefähre Modell F ≈ ∑(σ_fl,ideal · A) bzw. F ≈ σ_fl · A bei annähernd gleichmäßiger Fließspannung, wobei σ_fl die Fließspannung ist. σ_fl folgt in der Regel einem Materialgesetz wie dem Hollomon-Gesetz σ = K ε^n und variiert mit Temperatur und Dehnrate. Zur Planung dienen Messungen mit Kraftsensoren in Pressen oder Formkraftsensoren, sowie numerische Simulationen (z. B. FEM), um die Kräfteverteilung und potenzielle Defekte zu verstehen.

Umformkräfte sind entscheidend für Werkzeugauslegung, Energieverbrauch, Prozessstabilität und Produktqualität. Eine präzise Abschätzung unterstützt Ressourceneffizienz und Langlebigkeit der Werkzeuge.