Grundlagen des Schmiedens: 5 wichtige Tipps, die Sie kennen müssen

Grundlagen des Schmiedens

Schmieden ist ein Metallverarbeitungsverfahren, bei dem Schmiedemaschinen Druck auf Metallrohlinge ausüben, wodurch plastische Verformungen entstehen, die zu Schmiedestücken mit bestimmten mechanischen Eigenschaften, Formen und Größen führen. Zusammen mit dem Stanzen ist es einer der beiden Bestandteile des Schmiedens.

Durch das Schmieden werden Defekte wie die Gussporosität im Schmelzprozess beseitigt und gleichzeitig die Mikrostruktur optimiert. Da die vollständige Stromlinie des Metalls erhalten bleibt, sind die mechanischen Eigenschaften von Schmiedestücken im Allgemeinen besser als die von Gussstücken aus demselben Material.

Abgesehen von gewalzten Blechen, Profilen oder Schweißteilen mit einfachen Formen werden Schmiedestücke meist für wichtige Bauteile verwendet, die in entsprechenden Maschinen hohen Belastungen und harten Arbeitsbedingungen ausgesetzt sind.

1. Verformungstemperatur

Die anfängliche Rekristallisationstemperatur von Stahl beträgt etwa 727℃. In der Regel wird jedoch 800℃ als Schwellenwert für das Warmschmieden angesehen. Das Schmieden über 800℃ wird als Warmschmieden bezeichnet, während das Schmieden zwischen 300℃ und 800℃ als Warm- oder Halbwarmschmieden bezeichnet wird. Das Schmieden bei Raumtemperatur wird als Kaltschmieden bezeichnet.

Das Warmschmieden ist in den meisten Industriezweigen das am häufigsten verwendete Verfahren zur Herstellung von Schmiedeteilen. Das Warm- und Kaltschmieden hingegen wird vor allem in der Automobilindustrie, im allgemeinen Maschinenbau und in der Herstellung anderer Teile verwendet. Mit diesen Verfahren lassen sich effizient Materialien einsparen.

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2. Arten des Schmiedens

Wie bereits erwähnt, kann das Schmieden nach der Temperatur in Warm-, Halbwarm- und Kaltschmieden unterteilt werden. Darüber hinaus kann es nach dem Umformmechanismus in Freiformschmieden, Gesenkschmieden, Ringwalzen und Spezialschmieden eingeteilt werden.

1) Freies Schmieden

Freies Schmieden ist eine Bearbeitungsmethode, bei der ein Rohling zwischen dem oberen und dem unteren Amboss einer Schmiedeeinrichtung mit einfachen Universalwerkzeugen oder durch direkte äußere Krafteinwirkung verformt wird, um die gewünschte Geometrie und innere Qualität zu erhalten.

Schmiedestücke, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, sind als Freiformschmiedestücke bekannt und werden in der Regel in kleinen Losen hergestellt.

Um qualifizierte Schmiedestücke herzustellen, werden verschiedene Schmiedegeräte wie Schmiedehämmer und hydraulische Pressen zur Formgebung und Bearbeitung des Rohlings eingesetzt.

Zu den grundlegenden Verfahren des Freiformschmiedens gehören Stauchen, Ziehen, Stanzen, Schneiden, Biegen, Verdrehen, Versetzen und Schmieden. Bei diesem Verfahren werden in der Regel Warmschmiedetechniken eingesetzt.

2) Gesenkschmieden

Das Gesenkschmieden kann in zwei Haupttypen eingeteilt werden: Freiformschmieden und Gesenkschmieden. Bei diesem Verfahren wird ein Metallrohling in einer Schmiedegesenkkammer mit einer bestimmten Form verformt und gepresst, um Schmiedeteile herzustellen.

Das Gesenkschmieden wird in der Regel zur Herstellung von Teilen mit geringem Gewicht und in großen Serien verwendet. Dieses Verfahren kann in drei Arten unterteilt werden: WarmgesenkschmiedenWarm- und Kaltumformung.

Sowohl das Warm- als auch das Kaltschmieden gelten als die Zukunft des Gesenkschmiedens und stellen einen Fortschritt in der Schmiedetechnik dar. Das Gesenkschmieden kann auch nach den verwendeten Werkstoffen eingeteilt werden, einschließlich der Eisenwerkstoffe Metallstempel Schmieden, Gesenkschmieden von Nichteisenmetallen und Formen von Pulverprodukten.

Eisenmetalle, wie Kohlenstoffstahl, Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminiumund pulvermetallurgische Werkstoffe werden in diesem Verfahren eingesetzt.

Weiterführende Lektüre: Eisenhaltige Metalle vs. Nichteisenmetalle

Die Extrusion ist eine Art der Matrize Schmieden, das in Schwermetallstrangpressen und Leichtmetallstrangpressen unterteilt werden kann.

Geschlossenes Gesenkschmieden und geschlossenes Stauchen sind zwei fortschrittliche Verfahren des Gesenkschmiedens. Ein wesentlicher Vorteil dieser Verfahren ist die hohe Ausnutzung der Werkstoffe, da es keinen Grat gibt.

Mit einem oder mehreren Verfahren können komplexe Schmiedeteile hergestellt werden.

Außerdem wird durch das Fehlen von Graten die Spannungsfläche des Schmiedestücks verringert, was letztlich zu geringeren erforderlichen Belastungen führt.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Rohling nicht vollständig begrenzt werden kann. Daher ist es notwendig, das Volumen des Rohlings streng zu kontrollieren, die relative Position des Schmiedegesenks zu steuern und das Schmieden zu messen, um den Verschleiß des Schmiedegesenks zu minimieren.

3) Schleifring

Das Ringschleifen ist ein Verfahren zur Herstellung von Ringteilen mit unterschiedlichen Durchmessern mit Hilfe einer speziellen Ausrüstung, einer so genannten Ringschleifmaschine. Es wird auch bei der Herstellung von Radteilen eingesetzt, z. B. bei Automobilnaben und Eisenbahnrädern.

4) Spezielle Schmiedearbeiten

Spezielle Schmiedetechniken umfassen WalzschmiedenQuerwalzen, Radialschmieden, Gesenkschmieden und andere Verfahren, die für die Herstellung bestimmter komplex geformter Teile besser geeignet sind.

Das Walzprofilieren kann beispielsweise als effizientes Vorformverfahren dienen, das den für die nachfolgenden Umformvorgänge erforderlichen Druck erheblich reduziert.

Das Querkeilwalzen wird für die Herstellung von Stahlkugeln verwendet, Getriebewellenund andere ähnliche Komponenten.

Das Radialschmieden hingegen wird zur Herstellung großer Fässer, Stufenwellen und anderer Schmiedeteile verwendet.

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5) Schmiedegesenk

Je nach Bewegungsart des Schmiedegesenks kann das Schmieden in Schwenkwalzen, Schwenk-Dreh-Schmieden, Walzschmieden, Querkeilwalzen, Ringwalzen und Querwalzen unterteilt werden.

Rotationsschmieden, Rotationsschmieden und Ringwalzen können auch durch Präzisionsschmieden bearbeitet werden.

Um die Ausnutzung der Werkstoffe zu verbessern, können bei schlanken Werkstoffen das Walzschmieden und das Schrägwalzen als Vorverfahren eingesetzt werden.

Wie das Freiformschmieden wird auch das Rotationsschmieden lokal geformt.

Ihr Vorteil ist, dass sie im Vergleich zur Schmiedegröße auch bei kleinen Schmiedekräften geformt werden kann.

Bei diesem Schmiedeverfahren, einschließlich des Freiformschmiedens, dehnt sich das Material während der Bearbeitung von der Nähe der Gesenkoberfläche zur freien Oberfläche aus.

Daher ist es schwierig, Genauigkeit zu gewährleisten.

Durch die computergestützte Steuerung der Bewegungsrichtung des Schmiedegesenks und des Rotationsschmiedeverfahrens können Produkte mit komplizierte Formen und eine hohe Genauigkeit mit geringer Schmiedekraft erreicht werden kann, z. B. bei der Herstellung von Schmiedeteilen wie Dampfturbinenschaufeln mit vielen Varianten und großen Abmessungen.

Die Bewegung der Schmiedeausrüstung kann nicht mit dem Freiheitsgrad übereinstimmen, der in die folgenden vier Typen eingeteilt werden kann:

  • Modus zur Begrenzung der Schmiedekraft: Eine Ölpresse mit einem direkt durch Öldruck angetriebenen Gleitblock.
  • Quasi-Hubbegrenzungsmodus: Eine Ölpresse, die einen Kurbelstangenmechanismus durch Öldruck antreibt.
  • Modus Hubbegrenzung: A mechanische Presse mit einem Schieber, der durch eine Kurbel, eine Pleuelstange und einen Keilmechanismus angetrieben wird.
  • Energiebegrenzungsmodus: Eine Spindel- und Reibungspresse mit Spindelmechanismus.

Um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, muss darauf geachtet werden, eine Überlastung des unteren Totpunkts zu vermeiden und die Geschwindigkeit und die Position des Gesenks zu kontrollieren, da diese Faktoren die Schmiedetoleranz, die Formgenauigkeit und die Lebensdauer des Gesenks beeinflussen können.

Um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten, muss außerdem das Spiel der Führungsschiene des Nutensteins eingestellt, die Steifigkeit gewährleistet, der untere Totpunkt justiert und eine zusätzliche Übertragungsvorrichtung verwendet werden.

Für das Schmieden schlanker Teile, die Schmiedekühlung und das Schmieden von Teilen für die Hochgeschwindigkeitsproduktion kann sich der Schieber vertikal oder horizontal bewegen. Kompensationsvorrichtungen können auch verwendet werden, um die Bewegung in andere Richtungen zu erhöhen.

Die oben genannten Verfahren unterscheiden sich hinsichtlich der erforderlichen Schmiedekraft, des Prozesses, der Materialausnutzung, der Leistung, der Maßtoleranz sowie der Schmierungs- und Kühlmethoden. Diese Faktoren beeinflussen auch den Grad der Automatisierung.

3. Schmiedematerialien

Die Schmiedematerialien Dazu gehören vor allem Kohlenstoffstahl und legierter Stahl mit verschiedenen Bestandteilen sowie Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und deren Legierungen. Diese Materialien sind in Form von Stangen, Blöcken, Metallpulver und Flüssigmetall erhältlich.

Das Schmiedeverhältnis bezieht sich auf das Verhältnis der Querschnittsfläche des Metalls vor der Verformung zur Querschnittsfläche nach der Verformung. Die richtige Wahl des Schmiedeverhältnisses, eine angemessene Heiztemperatur und Haltezeit, eine angemessene Anfangs- und Endtemperatur beim Schmieden sowie eine angemessene Verformung und Verformungsgeschwindigkeit sind für die Verbesserung der Produktqualität und die Senkung der Kosten von wesentlicher Bedeutung.

Rund- oder Vierkantstangen werden im Allgemeinen als Rohlinge für kleine und mittelgroße Schmiedestücke verwendet. Diese Stäbe haben eine einheitliche und gute Kornstruktur und mechanische Eigenschaften, eine genaue Form und Größe sowie eine gute Oberflächenqualität, was sie für die Massenproduktion geeignet macht. Bei angemessener Erwärmungstemperatur und Verformungsbedingungen können Schmiedestücke mit hervorragender Leistung ohne große Schmiedeverformung hergestellt werden.

Im Vergleich dazu werden Barren nur für große Schmiedestücke verwendet. Barren haben eine Gussstruktur mit großen säulenförmigen Kristallen und einem lockeren Zentrum. Daher müssen die säulenförmigen Kristalle in feine Körner gebrochen und durch starke plastische Verformung verdichtet werden, um ein hervorragendes Metallgefüge und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften zu erhalten.

Die pulvermetallurgische Vorform kann durch Gesenkschmieden im heißen Zustand hergestellt werden. Das Pulverschmieden hat ähnliche Eigenschaften wie allgemeine Gesenkschmiedestücke, einschließlich guter mechanischer Eigenschaften und hoher Präzision, und kann die nachfolgende Zerspanung verringern. Das innere Gefüge des Pulverschmiedens ist gleichmäßig und ohne Entmischung, was es ideal für kleine Zahnräder und andere Werkstücke macht. Allerdings ist der Preis von Pulver wesentlich höher als der von allgemeinen Stangen, was seine Anwendung in der Produktion einschränkt.

Das Gesenkschmieden von Flüssigmetall ist ein Umformverfahren zwischen dem Druckguss und dem Gesenkschmieden. Durch die Anwendung von statischem Druck auf das in die Gesenkbohrung gegossene flüssige Metall, um es unter Druckeinwirkung erstarren, kristallisieren, fließen, plastisch verformen und formen zu lassen, können Gesenkschmiedestücke mit der gewünschten Form und den gewünschten Eigenschaften hergestellt werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders für komplexe, dünnwandige Teile, die sich durch allgemeines Gesenkschmieden nur schwer formen lassen.

Schließlich können Knetlegierungen aus Superlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis auch durch Schmieden oder Walzen hergestellt werden. Allerdings sind diese Legierungen aufgrund ihrer engen plastischen Zone relativ schwer zu schmieden. Daher gibt es strenge Anforderungen an die Erwärmungstemperatur, die Freiformschmiedetemperatur und die Endtemperatur beim Schmieden der verschiedenen Werkstoffe.

4. Prozessablauf

Bei den verschiedenen Schmiedeverfahren kommen unterschiedliche Prozesse zum Einsatz, wobei das Warmgesenkschmieden den längsten Prozessablauf aufweist.

Der typische Ablauf ist wie folgt: Stanzen des Schmiederohlings → Erwärmen des Schmiederohlings → Vorbereitung des walzgeschmiedeten Rohlings → Umformung durch Gesenkschmieden → Beschneiden → Stanzen → Korrektur → Zwischenprüfung zur Kontrolle der Größe und der Oberflächenfehler des Schmiedestücks → Wärmebehandlung des Schmiedestücks zum Abbau von Spannungen und zur Verbesserung Zerspanung Leistung → Reinigung zur Beseitigung von Oberflächenoxidablagerungen → Korrektur → Inspektion.

In der Regel werden Schmiedestücke auf ihr Aussehen und ihre Härte geprüft, während wichtige Schmiedestücke auch auf ihre chemische Zusammensetzung und ihre mechanischen Eigenschaften untersucht werden, Eigenspannungund andere zerstörungsfreie Prüfungen (NDT).

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5. Merkmale von Schmiedestücken

Im Vergleich zu Gussstücken kann das Schmieden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Metallen verbessern.

Wenn Metall durch das Warmschmiedeverfahren verformt und rekristallisiert wird, verwandeln sich die ursprünglich groben dendritischen und säulenförmigen Kornstrukturen in gleichachsige Rekristallisationsstrukturen mit feineren und gleichmäßigeren Körnern. Durch diesen Prozess werden die ursprüngliche Segregation, Porosität, Schlackeneinschlüsse und andere Unvollkommenheiten des Barrens kompakter und verschweißt, was die Plastizität und die mechanischen Eigenschaften des Metalls verbessert.

Die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken sind im Allgemeinen geringer als die von Schmiedestücken aus demselben Material.

Darüber hinaus gewährleistet das Schmieden die Kontinuität der Metallfaserstruktur und sorgt dafür, dass die Faserstruktur mit der Form der Schmiedeteile übereinstimmt. Das Verfahren vervollständigt die Metallflusslinie und garantiert, dass die Teile gute mechanische Eigenschaften und eine lange Lebensdauer haben.

Schmiedestücke, die durch Präzisionsgesenkschmieden, Kaltfließpressen, Warmfließpressen und andere Verfahren hergestellt werden, sind den Gussstücken überlegen.

Beim Schmieden wird Metall in die gewünschte Form gepresst oder durch plastische Verformung eine entsprechende Druckkraft ausgeübt, in der Regel mit einem Hammer oder Druck. Der Schmiedeprozess verfeinert die Partikelstruktur und verbessert die physikalischen Eigenschaften des Metalls. In praktischen Anwendungen kann ein richtig konstruiertes Teil den Partikelstrom in Richtung des Primärdrucks lenken.

Gießen ist das Verfahren zur Herstellung eines geformten Metallgegenstands unter Verwendung verschiedener Gießverfahren. Geschmolzenes flüssiges Metall wird durch Gießen, Spritzen, Saugen oder andere Gießverfahren in eine vorbereitete Form gespritzt. Das Objekt wird dann abgekühlt, der Sand fällt ab, wird gereinigt und einer Nachbehandlung unterzogen, um eine bestimmte Form, Größe und Leistung zu erreichen.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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