Grundsätze und Methoden der Werkstoffauswahl aus Metall | MachineMFG

Grundsätze und Methoden für die Auswahl von Metallwerkstoffen

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Grundprinzip

Bei der Auswahl von Werkstoffen und Fertigungsverfahren ist es von entscheidender Bedeutung, zu beurteilen, ob die Leistung des Werkstoffs den Anforderungen der Arbeitsbedingungen entspricht, ob der Fertigungsprozess mit diesem Werkstoff durchführbar ist und ob die Herstellung und Verwendung des Werkstoffs oder der Teile kosteneffizient ist. Diese Bewertung sollte unter drei Gesichtspunkten vorgenommen werden: Eignung, Durchführbarkeit und Kosteneffizienz.

Grundsatz der Anwendbarkeit

Der Grundsatz der Eignung besagt, dass die gewählten Werkstoffe den Arbeitsbedingungen und den Anforderungen einer zufriedenstellenden Nutzung gerecht werden müssen. Die Sicherstellung, dass die Werkstoffe die Nutzungsanforderungen erfüllen, ist ein entscheidender Schritt im Prozess der Werkstoffauswahl.

Die Verwendungsanforderungen von Materialien spiegeln sich in ihren internen Qualitätsspezifikationen wider, wie z. B. chemische Zusammensetzung, Struktur, mechanische Eigenschaften, physikalische Eigenschaften und chemische Eigenschaften.

Bei der Auswahl der Materialien müssen die Belastungsbedingungen der Teile, die Einsatzumgebung der Materialien und die Leistungsanforderungen der Materialien berücksichtigt werden.

Die Belastungsbedingungen von Teilen beziehen sich auf die Größe und den Spannungszustand der Last. Die Einsatzumgebung von Werkstoffen bezieht sich auf die Umgebung, in der die Werkstoffe eingesetzt werden, einschließlich des Mediums, der Arbeitstemperatur und der Reibung. Die Anforderungen an die Gebrauchstauglichkeit von Werkstoffen beziehen sich auf ihre Lebensdauer und verschiedene allgemein zulässige Spannungen, Verformungen usw.

Nur wenn diese drei Aspekte gründlich berücksichtigt werden, können die Materialien die Leistungsanforderungen erfüllen.

Technologisches Prinzip

Nach der Auswahl der Materialien kann im Allgemeinen die Verarbeitungstechnologie bestimmt werden. Dabei ist jedoch zu bedenken, dass der Verarbeitungsprozess die Eigenschaften der Materialien verändern kann. Darüber hinaus spielen auch Faktoren wie Form, Struktur, Losgröße und Produktionsbedingungen der Teile eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Materialverarbeitungstechnologie.

Das Prinzip der Durchführbarkeit erfordert, dass bei der Auswahl der Materialien deren Verarbeitbarkeit berücksichtigt wird, und Materialien mit guter Verarbeitbarkeit sollten bevorzugt werden, um die Herstellungsschwierigkeiten und -kosten zu minimieren. Jedes Herstellungsverfahren hat seine eigenen einzigartigen Merkmale, Vor- und Nachteile.

Wenn Teile aus demselben Material mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, können die Schwierigkeit und die Kosten ebenso wie die erforderliche Verarbeitungsleistung des Materials variieren. Zum Beispiel ist das Schmieden möglicherweise nicht durchführbar für Teile mit komplizierte Formen und große Abmessungen. In solchen Fällen kann gegossen oder geschweißt werden, aber das Material muss gute Gieß- oder Schweißeigenschaften haben und die Struktur muss den Anforderungen für Gießen oder Schweißen entsprechen.

Ein weiteres Beispiel: Bei der Herstellung von Schlüsseln und Stiften durch Kaltziehen sollten die Dehnung der Werkstoffe und die Auswirkungen der Verfestigung der Verformung auf ihre mechanischen Eigenschaften berücksichtigt werden.

Wirtschaftlicher Grundsatz

Neben den Anforderungen an den Materialeinsatz und die Verarbeitung ist auch die Wirtschaftlichkeit der Materialien zu beachten.

Das Prinzip der Kosteneffizienz bezieht sich auf die Auswahl von Materialien, die ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Die Leistung der Materialien bezieht sich auf ihre Gebrauchseigenschaften, die im Allgemeinen durch ihre Lebensdauer und ihr Sicherheitsniveau dargestellt werden können. Der Preis von Materialien wird hauptsächlich durch ihre Kosten bestimmt, die sowohl die Produktions- als auch die Nutzungskosten umfassen.

Die Materialkosten werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Kosten für Rohstoffe, die Auslastung der Rohstoffe, die Kosten für die Formung des Materials, die Verarbeitungskosten, die Kosten für Installation und Inbetriebnahme, die Wartungskosten, die Verwaltungskosten und andere.

Schritte, Methoden und Grundlagen der Werkstoff- und Formgebungsprozessauswahl

Die Schritte zur Auswahl der Materialien und Herstellungsverfahren sind wie folgt:

  • Wählen Sie die Materialien entsprechend den Einsatzbedingungen und Anforderungen aus.
  • Wählen Sie auf der Grundlage der ausgewählten Werkstoffe ein geeignetes Herstellungsverfahren, wobei Sie Faktoren wie die Kosten der Werkstoffe, die Verarbeitungseigenschaften der Werkstoffe, die Komplexität der Teile, die Losgröße der Teile, die bestehenden Produktionsbedingungen und die technischen Anforderungen berücksichtigen.

1. Schritte und Methoden zur Auswahl von Werkstoffen und deren Umformverfahren

Um die Betriebsbedingungen von Teilen zu bewerten, müssen die spezifischen Belastungs-, Spannungs-, Temperatur-, Korrosions- und Verschleißbedingungen ermittelt werden, denen die Teile während ihrer Verwendung ausgesetzt sind.

Für Teile, die unter normalen Temperaturbedingungen verwendet werden, müssen die Werkstoffe in erster Linie ausreichende mechanische Eigenschaften aufweisen. Für Teile, die unter anderen Bedingungen verwendet werden, müssen die Werkstoffe jedoch spezifische physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen.

Wenn die Teile bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, müssen die Werkstoffe eine hohe Temperatur- und Oxidationsbeständigkeit aufweisen. Teile, die in chemischen Geräten verwendet werden, müssen eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Einige Instrumententeile erfordern Werkstoffe mit elektromagnetischen Eigenschaften. Für Schweißkonstruktionen, die in extrem kalten Gebieten eingesetzt werden, müssen die Anforderungen an die Tieftemperaturzähigkeit berücksichtigt werden.

Bei der Verwendung in feuchten Gebieten müssen die Anforderungen an die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit berücksichtigt werden. Im Folgenden werden die allgemeinen Schritte für die Materialauswahl beschrieben:

  • Bestimmen Sie durch Analysen oder Tests zusammen mit den Ergebnissen von Versagensanalysen ähnlicher Materialien verschiedene verallgemeinerte Indikatoren für zulässige Spannungen, wie z. B. zulässige Festigkeit, zulässige Dehnung, zulässige Verformung und Betriebsdauer.
  • Identifizieren Sie die Haupt- und Nebenindikatoren für die zulässige Spannung und verwenden Sie die wichtigsten Indikatoren als primäre Grundlage für die Materialauswahl.
  • Wählen Sie auf der Grundlage der wichtigsten Leistungsindikatoren mehrere Materialien aus, die den Anforderungen entsprechen.
  • Wählen Sie die Werkstoffe und deren Umformverfahren auf der Grundlage des Umformverfahrens der Werkstoffe, der Komplexität der Teile, der Produktionsserie der Teile, der bestehenden Produktionsbedingungen und der technischen Bedingungen.
  • Berücksichtigen Sie Faktoren wie die Materialkosten, UmformtechnikDie Auswahl des am besten geeigneten Materials erfolgt durch ein Optimierungsverfahren, das auf den Eigenschaften des Materials und der Zuverlässigkeit der Anwendung basiert.
  • Falls erforderlich, testen Sie die Materialien und setzen Sie sie zur Überprüfung oder Anpassung in die Produktion ein.

Bitte beachten Sie, dass es sich hierbei nur um allgemeine Richtlinien für die Materialauswahl handelt und der Prozess zeitaufwändig und komplex sein kann.

Für wichtige Teile und neue MaterialienUm die Sicherheit der Materialien bei der Auswahl zu gewährleisten, ist eine große Anzahl von Grundversuchen und Probeproduktionen erforderlich. Für weniger wichtige und KleinserienteileDie Auswahl der Werkstoffe erfolgt in der Regel auf der Grundlage der Erfahrungen mit ähnlichen Werkstoffen unter denselben Arbeitsbedingungen, und es werden die Marke und die Spezifikation der Werkstoffe festgelegt, gefolgt von der Gestaltung des Umformprozesses.

Wenn die Teile normal beschädigt sind, können die ursprünglichen Werkstoffe und das ursprüngliche Umformverfahren verwendet werden. Ist der Schaden auf eine anormale Frühschädigung zurückzuführen, muss die Ursache des Versagens ermittelt und geeignete Maßnahmen ergriffen werden. Liegt es am Material oder am Produktionsverfahren, können neue Materialien oder ein neues Formgebungsverfahren in Betracht gezogen werden.

2. Grundlage für die Materialauswahl

(1) Belastungsbedingungen

Technische Werkstoffe sind während des Betriebs verschiedenen Kräften ausgesetzt, wie z. B. Zug-, Druck-, Scher-, Schnitt-, Drehmoment- und Stoßbelastungen.

Die mechanischen Eigenschaften und Versagensarten von Werkstoffen sind eng mit den Belastungsbedingungen verbunden, denen sie ausgesetzt sind.

In der Technik ist es von entscheidender Bedeutung, dass Maschinen und Bauwerke sicher und zuverlässig funktionieren und gleichzeitig ihren Bewegungsanforderungen gerecht werden.

So muss beispielsweise die Spindel einer Werkzeugmaschine normal arbeiten können, ohne zu brechen oder sich unter Belastung übermäßig zu verformen. Ein anderes Beispiel: Wenn ein Wagenheber eine Last anhebt, muss die Schraube gerade und im Gleichgewicht bleiben, ohne sich plötzlich zu verbiegen.

Der sichere und zuverlässige Betrieb von technischen Bauteilen hängt davon ab, dass sie die Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit und Stabilität erfüllen.

Für jeden dieser Aspekte von Werkstoffen gibt es in der Werkstoffmechanik spezifische Bedingungen, die bei der Analyse von Belastungsbedingungen oder der Auswahl von Werkstoffen berücksichtigt werden müssen.

Bei der Auswahl von Werkstoffen auf der Grundlage von Belastungsbedingungen ist es wichtig, nicht nur die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe zu berücksichtigen, sondern auch die einschlägigen Kenntnisse der Werkstoffmechanik, um eine wissenschaftlich fundierte Wahl zu treffen.

Tabelle 1: Spannung, Versagensformen und erforderliche mechanische Eigenschaften einiger gängiger Teile

ErsatzteileArbeitsbedingungenHäufige FehlerformenWichtigste Anforderungen an mechanische Eigenschaften
Kategorie StressEigenschaften ladenAndere Formen
Gewöhnliche BefestigungsschraubeZugspannung und ScherspannungStatische BelastungÜbermäßige Verformungen und BrücheStreckgrenze Scherfestigkeit
GetriebewelleBiegespannung TorsionsspannungZyklischer SchockReibung und Vibration am ZapfenErmüdungsbruch, übermäßige Verformung und Verschleiß am ZapfenUmfassende mechanische Eigenschaften
GetriebeDruckspannung und BiegespannungZyklischer SchockStarke Reibung, VibrationAbnutzung, Lochfraß, Abblättern, ZahnausbruchOberfläche: Härte, Biegung ErmüdungsfestigkeitKontaktermüdungsfestigkeit; Mitte: Streckgrenze, Zähigkeit
FrühlingTorsionsspannung BiegespannungZyklischer SchockVibrationVerlust der Elastizität, ErmüdungsbruchElastizitätsgrenze, Streckgrenze, Ermüdungsfestigkeit
ÖlpumpenkolbenpaarDruckspannungZyklischer SchockReibung, ÖlkorrosionAbriebHärte und Druckfestigkeit
KaltverformungswerkzeugKomplexer StressZyklischer SchockStarke ReibungAbnutzung und SprödbruchHärte, ausreichende Festigkeit und Zähigkeit
DruckgußformKomplexer StressZyklischer SchockHohe Temperatur, Reibung, FlüssigmetallkorrosionThermische Ermüdung, Sprödbrüche, VerschleißHohe Temperaturfestigkeit, thermische Ermüdungsbeständigkeit, Zähigkeit und rote Härte
WälzlagerDruckspannungZyklischer SchockStarke ReibungErmüdungsfrakturAbnutzung, Lochfraß, AbblätternWiderstand gegen Kontaktermüdung, Härte und Verschleißfestigkeit
KurbelwelleBiegespannung TorsionsspannungZyklischer SchockReibung im JournalSprödbrüche, Ermüdungsbrüche, Erosion und VerschleißErmüdungsfestigkeit, Härte, Kerbschlagzähigkeit und umfassende mechanische Eigenschaften
PleuelstangeZugspannung und DruckspannungZyklischer SchockSprödbruchErmüdungsdruckfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit

(2) Betriebstemperatur der Materialien

Die meisten Materialien werden in der Regel bei Raumtemperatur verwendet, es gibt jedoch auch Materialien, die bei hohen oder niedrigen Temperaturen eingesetzt werden.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Betriebstemperaturen variieren auch die erforderlichen Eigenschaften der Materialien stark.

Mit sinkender Temperatur nehmen die Zähigkeit und die Plastizität von Stahlwerkstoffen kontinuierlich ab. An einem bestimmten Punkt kommt es zu einer deutlichen Abnahme der Zähigkeit und Plastizität, die als Übergangstemperatur zwischen duktil und spröde bezeichnet wird.

Werden Werkstoffe unterhalb der Duktil-Spröd-Übergangstemperatur verwendet, können sie bei geringer Belastung spröde brechen, was zu Schäden führen kann. Bei der Auswahl von Stahl für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen sollten daher Werkstoffe mit einer Duktil-Spröd-Übergangstemperatur gewählt werden, die unter den Arbeitsbedingungen liegt.

Die Legierung verschiedener Tieftemperaturstähle zielt darauf ab, die Kohlenstoffgehalt und die Verbesserung ihrer Tieftemperaturzähigkeit.

Mit steigender Temperatur ändern sich die Eigenschaften von Stahlwerkstoffen in mehrfacher Hinsicht, u. a. durch eine Abnahme der Festigkeit und Härteeine Zunahme und dann eine Abnahme der Plastizität und Zähigkeit sowie Oxidation oder Korrosion bei hohen Temperaturen.

Diese Veränderungen beeinträchtigen die Leistung des Materials und können es unbrauchbar machen. Zum Beispiel sollte die Betriebstemperatur für Kohlenstoffstahl und Gusseisen 480 ℃ nicht überschreiten, während die Betriebstemperatur für legierter Stahl sollte 1150 ℃ nicht überschreiten.

(3) Korrosion

In der Industrie wird die Korrosionsrate üblicherweise als Maß für die Korrosionsbeständigkeit von Materialien.

Die Korrosionsrate wird als Verlust von Metallmaterial pro Flächeneinheit in einer bestimmten Zeitspanne oder als Korrosionstiefe des Metallmaterials im Laufe der Zeit gemessen.

In der Industrie wird üblicherweise ein Bewertungssystem für die Korrosionsbeständigkeit verwendet, das 6 Kategorien und 10 Klassen umfasst, die von Klasse I mit vollständiger Korrosionsbeständigkeit bis zu Klasse VI ohne Korrosionsbeständigkeit reichen (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2 Klassifizierung und Bewertungskriterien für die Korrosionsbeständigkeit von Metallische Werkstoffe

Klassifizierung der KorrosionsbeständigkeitKlassifizierung der KorrosionsbeständigkeitKorrosionsgeschwindigkeit, mm/d
IVollständige Korrosionsbeständigkeit1<0.001
Sehr korrosionsbeständig230.001~0.005
0.005~0.01
IIIKorrosionsbeständigkeit450.01~0.05
0.05~0.1
IVKorrosionsbeständigkeit670.1~0.5
0.5~1.0
VSchlechte Korrosionsbeständigkeit891.0~5.0
5.0~10.0
VINicht korrosionsbeständig10>10.0

Die meisten technischen Werkstoffe arbeiten in atmosphärischen Umgebungen und leiden unter atmosphärischer Korrosion, die ein häufiges Problem darstellt.

Die Luftfeuchtigkeit, die Temperatur, das Sonnenlicht, das Regenwasser und der Gehalt an korrosiven Gasen haben großen Einfluss auf die Korrosion dieser Materialien.

Bei den üblichen Legierungen weist Kohlenstoffstahl in Industrieatmosphäre eine Korrosionsrate von 10^-605 m/d auf, kann aber nach einer Lackierung oder Behandlung mit anderen Schutzschichten verwendet werden.

Niedrig legierter Stahl, der Elemente wie Kupfer, Phosphor, Nickel und Chrom enthält, hat eine stark verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber der Atmosphäre und kann ohne Anstrich verwendet werden.

Materialien wie Aluminium, Kupfer, Blei und Zink haben eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion.

(4) Abriebfestigkeit

Im Folgenden werden die Faktoren aufgeführt, die die Verschleißfestigkeit von Materialien beeinflussen:

MaterialeigenschaftenHärte, Zähigkeit, Fähigkeit zur Kaltverfestigung, Wärmeleitfähigkeit, chemische Stabilität, Oberflächenbeschaffenheit usw.

② Reibungsbedingungen: einschließlich der Eigenschaften des Schleifmaterials bei der Reibung, des Drucks, der Temperatur, der Reibungsgeschwindigkeit, der Eigenschaften der Schmiermittel und des Vorhandenseins von korrosiven Bedingungen.

Im Allgemeinen sind Werkstoffe mit hoher Härte weniger anfällig für das Eindringen oder den Abrieb durch Schleifkörper und haben eine hohe Ermüdungsgrenze, was zu einer hohen Verschleißfestigkeit führt. Außerdem sorgt eine hohe Zähigkeit dafür, dass das Material selbst bei Eindringen oder Abrieb nicht auseinanderbricht, was seine Verschleißfestigkeit weiter verbessert.

Daher ist die Härte der wichtigste Aspekt der Verschleißfestigkeit. Es ist wichtig zu wissen, dass sich die Härte von Werkstoffen während des Gebrauchs ändern kann. So werden Metalle, die durch Kaltverformung gehärtet werden, bei Reibung härter, während Metalle, die durch Wärme erweicht werden können, bei Reibung weicher werden.

3. Grundlage für die Auswahl des Materialumformungsverfahrens

Sobald der Werkstoff eines Produkts bestimmt ist, wird in der Regel die Art des Umformverfahrens festgelegt.

Wenn das Produkt zum Beispiel aus Gusseisen besteht, sollte es gegossen werden; wenn es aus FeinblechWenn es sich um ABS-Kunststoff handelt, ist Spritzguss das Mittel der Wahl, und wenn es sich um keramische Teile handelt, sollte das geeignete Keramikformverfahren gewählt werden.

Es ist jedoch zu bedenken, dass auch das Umformverfahren die Leistungsfähigkeit des Werkstoffs beeinflussen kann, so dass die endgültigen Leistungsanforderungen des Werkstoffs bei der Auswahl des Umformverfahrens berücksichtigt werden müssen.

Leistung der Produktmaterialien

① Mechanische Eigenschaften von Materialien

Zum Beispiel, Stahlgetriebe Teile können gegossen werden, wenn ihre mechanischen Eigenschaften nicht kritisch sind, aber wenn hohe mechanische Eigenschaften erforderlich sind, sollte das Druckverfahren angewendet werden.

② Gebrauchstauglichkeit von Materialien

Bei der Herstellung von Schwungradteilen für Autos und Automotoren zum Beispiel wird Stahl Gesenkschmieden sollte anstelle des Freiformschmiedens verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass die hohen Geschwindigkeiten von Autos und die Anforderungen an die Laufruhe bedeuten, dass freiliegende Fasern in Schwungradschmiedeteilen zu Korrosion führen und die Leistung beeinträchtigen könnten. Das Gesenkschmieden ist dem Freiformschmieden vorzuziehen, da es den Grat eliminiert und das Abschneiden und Freilegen der Faserstruktur der Schmiedeteile verhindert.

③ Technologische Eigenschaften von Materialien

Zu den technologischen Eigenschaften gehören Gusseigenschaften, Schmiedeeigenschaften, Schweißeigenschaften, Wärmebehandlungseigenschaften und Schneideigenschaften. Buntmetallwerkstoffe mit schlechter Schweißeignung sollten z. B. verbunden werden mit Argon-Lichtbogenschweißen anstelle des Lichtbogenhandschweißens. PTFE ist ein thermoplastisches Material mit schlechtem Fließverhalten und eignet sich nicht für das Spritzgießen; es sollte nur durch Pressen und Sintern geformt werden.

④ Besondere Eigenschaften von Materialien

Zu den besonderen Eigenschaften gehören Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, Leitfähigkeit oder Isolierung. So sollten beispielsweise Laufrad und Gehäuse einer säurebeständigen Pumpe aus rostfreiem Stahl und Guss bestehen. Wenn Kunststoff verwendet wird, ist Spritzguss eine Option. Wenn sowohl Wärme- als auch Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind, sollte Keramik verwendet werden, das im Injektionsverfahren gegossen wird.

(2) Produktionscharge von Teilen

Für die Massenproduktion von Produkten sollte ein Formgebungsverfahren mit hoher Präzision und Produktivität gewählt werden, um Genauigkeit und Effizienz zu gewährleisten. Obwohl die für diese Formgebungsverfahren erforderlichen Ausrüstungen relativ hohe Herstellungskosten verursachen können, kann diese Investition durch den geringeren Materialverbrauch pro Produkt ausgeglichen werden.

Für die Massenproduktion von Schmiedestücken wird die Formgebungsverfahren Dazu gehören Gesenkschmieden, Kaltwalzen, Kaltziehen und Kaltfließpressen.

Für die Massenproduktion von Gussteilen aus Nichteisenlegierungen, Metallformguss, Druckguss und niedrigen Druckguss sind die empfohlenen Formgebungsverfahren.

Für die Massenproduktion von MC-Nylonteilen ist das Spritzgießverfahren die bevorzugte Wahl.

Für die Kleinserienfertigung können Umformverfahren mit geringerer Präzision und Produktivität gewählt werden, wie z. B. manuelles Gießen, Freiformschmieden, manuelles Schweißen und Verfahren, bei denen geschnitten wird.

(3) Formkomplexität und Genauigkeitsanforderungen an die Teile

Bei Metallteilen mit komplexen Formen, insbesondere solchen mit komplizierten inneren Hohlräumen, ist die Gießverfahren wird häufig gewählt, z. B. für Gehäuse, Pumpengehäuse, Zylinderblock, Ventilgehäuse, Schale und Bettkomponenten.

Technische Kunststoffteile mit komplexen Formen werden in der Regel im Spritzgießverfahren hergestellt.

Keramische Teile mit komplexen Formen können entweder im Spritzgussverfahren oder im Gießverfahren.

Für Metallteile mit einfachen Formen können Druck- oder Schweißumformverfahren eingesetzt werden.

Technische Kunststoffteile mit einfachen Formen können im Blasform-, Extrusionsform- oder Spritzgussverfahren hergestellt werden.

Keramische Teile mit einfachen Formen werden in der Regel gegossen.

Handelt es sich bei dem Produkt um ein Gussteil, bei dem die Maßgenauigkeit keine große Rolle spielt, kann gewöhnlicher Sandguss verwendet werden. Bei hohen Anforderungen an die Maßgenauigkeit kann je nach Gussmaterial und Losgröße Feinguss, Verdampfungsmodellguss, Druckguss oder Niederdruckguss gewählt werden.

Für geringe Anforderungen an die Maßgenauigkeit beim Schmieden wird in der Regel das Freiformschmieden verwendet. Für hohe Präzisionsanforderungen wird das Gesenkschmieden oder Fließpressen gewählt.

Wenn das Produkt aus Kunststoff besteht und eine geringe Präzision erfordert, wird das Hohlblasformen bevorzugt. Für hohe Präzisionsanforderungen wird das Spritzgießen gewählt.

(4) Bestehende Produktionsbedingungen

Die bestehenden Produktionsbedingungen beziehen sich auf die derzeitige Ausrüstungskapazität, das technische Know-how des Personals und die Möglichkeit der Auslagerung von Produkten.

Wenn beispielsweise bei der Herstellung von Schwermaschinen kein Stahlwerk mit großer Kapazität oder keine schweren Hebe- und Transportvorrichtungen vor Ort vorhanden sind, wird häufig das kombinierte Verfahren von Gießen und Schweißen angewendet. Dabei werden die großen Teile zum Gießen in kleinere Stücke zerlegt und anschließend zu größeren Teilen zusammengeschweißt.

Ein weiteres Beispiel: Ölwannenteile für eine Drehmaschine werden in der Regel durch Stanzen dünner Stahlplatten mit einer Presse hergestellt. Wenn die Bedingungen vor Ort für dieses Verfahren nicht geeignet sind, sollten alternative Methoden angewandt werden.

Wenn beispielsweise keine dünnen Bleche oder großen Pressen vor Ort vorhanden sind, muss möglicherweise das Gießverfahren angewendet werden. Sind dünne Bleche vorhanden, aber keine großen Pressen, kann ein wirtschaftliches und praktikables Drückformverfahren als Ersatz für das Stanzformen verwendet werden.

(5) Berücksichtigung von neuen Verfahren, Technologien und Materialien

Mit den wachsenden Anforderungen des Industriemarktes stellen die Anwender immer höhere Ansprüche an die Produktvielfalt und die Qualitätsverbesserung, was zu einer Verlagerung von der Massenproduktion hin zur Herstellung mehrerer Sorten und kleiner Chargen führt. Dadurch erweitert sich der Anwendungsbereich für neue Verfahren, Technologien und Materialien.

Um den Produktionszyklus zu verkürzen und die Produkttypen und -qualität zu verbessern, muss der Einsatz neuer Verfahren, Technologien und Werkstoffe in Betracht gezogen werden, z. B. Präzisionsguss, Präzisionsschmieden, Präzisionsstanzen, Kaltfließpressen, Flüssiggesenkschmieden, superplastisches Umformen, Spritzgießen, Pulvermetallurgie, Keramik und andere statische Druckumformung, Umformung von Verbundwerkstoffen und Schnellumformung. Dies ermöglicht nahezu netzförmige Teile und eine erhebliche Verbesserung der Produktqualität sowie wirtschaftliche Vorteile.

Um eine vernünftige Auswahl des Formgebungsverfahrens zu treffen, ist es außerdem wichtig, die Eigenschaften und den Anwendungsbereich der verschiedenen Formgebungsverfahren sowie die Auswirkungen des Formgebungsverfahrens auf die Materialeigenschaften genau zu kennen.

Die Merkmale verschiedener Umformverfahren für metallische Werkstoffe sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3 Merkmale verschiedener Umformverfahren

 GießenSchmiedenStanzteileSchweißnähteGewalztes Material
Merkmale der FormgebungUmformung im flüssigen ZustandFeste plastische VerformungFeste plastische VerformungVerbindung unter Kristallisation oder im festen ZustandFeste plastische Verformung
Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von MaterialprozessenGute Liquidität und geringe SchrumpfungGute Plastizität, geringer VerformungswiderstandGute Plastizität, geringer VerformungswiderstandHohe Festigkeit, gute Plastizität, gute chemische Stabilität im flüssigen ZustandGute Plastizität, geringer Verformungswiderstand
Gewöhnliche MaterialienStahlwerkstoffe, Kupferlegierungen, AluminiumlegierungenStahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, legierter BaustahlBaustahl, NichteisenmetalleStahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, niedrig legierter Stahl, rostfreier Stahl, AluminiumlegierungStahl mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt, legierter Stahl, Aluminiumlegierung, Stahllegierung
Eigenschaften der MetallstrukturGrobkörniges und lockeres GewebeDie Körner sind fein, dicht und geradlinig angeordnet.Bildung einer neuen stromlinienförmigen Organisation entlang der StreckrichtungDie Schweißzone hat eine Gussstruktur, und die Fusionszone und Überhitzungszone sind grobDie Körner sind fein, dicht und geradlinig angeordnet.
Eigenschaften der MetallstrukturGrobkörniges und lockeres GewebeDie Körner sind fein, dicht und geradlinig angeordnet.Bildung einer neuen stromlinienförmigen Organisation entlang der StreckrichtungDie Schweißzone hat ein Gussgefüge, und die Körner in der Schmelzzone und Überhitzungszone sind grobkörnig.Die Körner sind fein, dicht und geradlinig angeordnet.
Mechanische EigenschaftenEtwas niedriger als bei SchmiedestückenBesser als Gussstücke gleicher ZusammensetzungDie Festigkeit und Härte des verformten Teils sind hoch, und die strukturelle Steifigkeit ist gutDie mechanischen Eigenschaften der Verbindung können die des Grundmetalls erreichen oder annähern.Besser als Gussstücke gleicher Zusammensetzung
Strukturelle MerkmaleUneingeschränkte Form, kann Teile mit ziemlich komplexer Struktur herstellenEinfache FormLeichte Struktur und leicht komplexe FormGröße und Struktur sind im Allgemeinen nicht eingeschränktEinfache Form, weniger Veränderungen in den horizontalen Abmessungen
Rate der MaterialverwendunghochniedrighöherhöherUnter
ProduktionszykluslangKurzes Freiformschmieden, langes GesenkschmiedenlangKürzerekurz
ProduktionskostenUnterhöherJe größer die Charge, desto niedriger die KostenhöherUnter
HauptanwendungsbereichVerschiedene strukturelle und mechanische TeileGetriebeteile, Werkzeuge, Gussformen und andere TeileVerschiedene Teile aus BlechDiverse Metallbauteile, teilweise für Teile-Rohlinge verwendetStrukturelle Rohlinge
AnwendungsbeispieleRahmen, Bett, Sockel, Werkbank, Führungsschiene, Getriebe, Pumpengehäuse, Kurbelwelle, Lagersitz, etc.Werkzeugmaschinenspindel, GetriebewelleKurbelwelle, Pleuelstange, Bolzen, Feder, Matrize, usw.Autokarosserie, Motorgehäuse, Gehäuse für elektrische Instrumente, Wassertank, ÖltankKessel, Druckbehälter, chemische Behälter, Rohrleitungen, Werksstrukturen, Brücken, Fahrzeugkarosserien, Schiffsrümpfe, usw.Glatte Welle, Gewindespindel, Schraube, Mutter, Stift, etc.

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