Präzisionsschmieden

Beim Schmieden handelt es sich um ein Verfahren zur Metallumformung, bei dem mit Schmiedemaschinen Druck auf einen Metallbarren ausgeübt wird, wodurch eine plastische Verformung entsteht Schmiedestücke mit spezifischen mechanischen Eigenschaften, Formen und Abmessungen. Durch das Schmieden werden Fehler wie Gussporosität beseitigt, die während des Schmelzprozesses auftreten, die Mikrostruktur optimiert und intakte Metallflusslinien erhalten. Schmiedeteile weisen im Allgemeinen bessere mechanische Eigenschaften auf als Gussteile aus demselben Material.

 

Basierend auf der Werkstücktemperatur während des Schmiedens kann das Schmieden in Warmschmieden (über der Rekristallisationstemperatur), Warmschmieden (von der Rekristallisationstemperatur bis 30 % der Rekristallisationstemperatur) und Kaltschmieden (unter 30 % der Rekristallisationstemperatur, im Allgemeinen bei Raumtemperatur) unterteilt werden.

 

 

Das beim Schmieden am häufigsten verwendete Material ist legierter Stahl. Die anfängliche Rekristallisationstemperatur von Stahl beträgt etwa 727 Grad, im Allgemeinen wird jedoch 800 Grad als Trennlinie verwendet. Schmieden über 800 Grad ist Warmschmieden; Schmieden zwischen 300 und 800 Grad wird Warmschmieden oder Halbwarmschmieden genannt; und das Schmieden bei Raumtemperatur wird als Kaltschmieden bezeichnet. Bei den in den meisten Branchen verwendeten Schmiedeteilen handelt es sich um Warmschmiedeteile. Warmschmieden und Kaltschmieden werden hauptsächlich zum Schmieden von Teilen in Automobilen und allgemeinen Maschinen eingesetzt. Warmschmieden und Kaltschmieden können effektiv Material einsparen.

 

Freies Schmieden
Beim Freischmieden handelt es sich um eine Bearbeitungsmethode, bei der einfache, universell einsetzbare Werkzeuge verwendet werden oder bei der zwischen dem oberen und unteren Amboss der Schmiedeausrüstung direkt eine äußere Kraft auf den Barren ausgeübt wird, wodurch sich der Barren verformt und die gewünschte geometrische Form und innere Qualität erhält. Im Freischmiedeverfahren hergestellte Schmiedestücke werden als Freischmiedestücke bezeichnet. Das Freischmieden wird hauptsächlich zur Herstellung von Schmiedestücken in Kleinserien eingesetzt. Schmiedegeräte wie Schmiedehämmer und hydraulische Pressen werden verwendet, um den Knüppel zu formen und qualifizierte Schmiedestücke zu erhalten. Zu den Grundprozessen des Freischmiedens gehören Stauchen, Ziehen, Stanzen, Schneiden, Biegen, Verdrehen, Verschieben und Schmiedefügen. Beim Freischmieden kommen immer Warmschmiedeverfahren zum Einsatz.

 

Gesenkschmieden
Das Gesenkschmieden wird weiter in Freiformschmieden und Gesenkschmieden unterteilt. Der Metallbarren wird unter Druck in einem Schmiedegesenkhohlraum einer bestimmten Form verformt, um das Schmiedestück zu erhalten. Gesenkschmieden wird im Allgemeinen zur Herstellung von Teilen verwendet, die nicht schwer sind, aber in großen Serien hergestellt werden. Das Gesenkschmieden kann in Warmgesenkschmieden, Warmschmieden und Kaltschmieden unterteilt werden. Beim Gesenkschmieden ist die Materialausnutzung aufgrund des Fehlens von Graten höher. Komplexe Schmiedeteile können in einem oder mehreren Prozessen fertiggestellt werden. Darüber hinaus entstehen beim Gesenkschmieden Schmiedestücke mit einer kleineren Spannungsfläche, die eine geringere Belastung erfordern. Es ist wichtig zu beachten, dass das Schmieden im geschlossenen Gesenk eine strenge Kontrolle des Blockvolumens, der relativen Position der Schmiedegesenke und der Messung der Schmiedestücke erfordert, um den Gesenkverschleiß zu minimieren.

 

Geeignete Metallwerkstoffe zum Schmieden

Die zum Schmieden verwendeten Hauptmaterialien sind Kohlenstoffstahl und legierter Stahl unterschiedlicher Zusammensetzung, gefolgt von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und deren Legierungen. Zu den Originalzuständen der Materialien gehören Stangen, Barren, Metallpulver und flüssiges Metall. Das Verhältnis der Querschnittsfläche des Metalls vor der Verformung zur Querschnittsfläche nach der Verformung wird als Schmiedeverhältnis bezeichnet. Die richtige Wahl des Schmiedeverhältnisses, der geeigneten Heiztemperatur und Haltezeit, der geeigneten Anfangs- und Endtemperaturen des Schmiedens sowie der geeigneten Verformungsmenge und -geschwindigkeit sind entscheidend für die Verbesserung der Produktqualität und die Reduzierung der Kosten. Neben den oben genannten metallischen Werkstoffen werden auch Superlegierungen auf Schmiedeeisen-, Nickel- und Kobaltbasis geschmiedet oder gewalzt. Aufgrund ihres relativ engen plastischen Bereichs sind diese Legierungen jedoch schwieriger zu schmieden und es werden strenge Anforderungen an die Erwärmungstemperatur, die anfängliche Schmiedetemperatur und die endgültige Schmiedetemperatur für verschiedene Materialien gestellt.

 

 

Prozessablauf beim Schmieden
Unterschiedliche Schmiedemethoden erfordern unterschiedliche Prozesse, wobei das Warmgesenkschmieden den längsten Fluss hat. Der allgemeine Ablauf ist: Knüppelstanzen, Knüppelerhitzen, Vorbereitung des Walzschmiedens, Gesenkschmieden, Besäumen, Reinigen, Stanzen, Richten usw.

 

Schmiedeinspektion
Die Inspektion des Schmiedens umfasst Prozessinspektion, Maßprüfung, Erkennung von Oberflächenfehlern sowie chemische Zusammensetzung, Eigenspannung, mechanische Eigenschaften und metallografische Analyse. Bei Bedarf können auch zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) durchgeführt werden. Wärmebehandlung von Schmiedeteilen wird verwendet, um Schmiedespannungen zu beseitigen und die Bearbeitbarkeit des Metalls zu verbessern.

 

Eigenschaften von Schmiedeteilen
1. Im Vergleich zu Gussteile Durch das Schmieden werden die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Metallen verbessert. Nach der Warmumformung durch Schmieden werden die ursprünglich groben Dendriten und säulenförmigen Körner im Gussmetall durch Verformung und Rekristallisation in feinere, gleichmäßigere gleichachsige rekristallisierte Körner umgewandelt. Dadurch werden Inkonsistenzen wie Segregation, Porosität, Poren und Einschlüsse im Barren verdichtet und verschweißt, was zu einer dichteren Mikrostruktur und verbesserten Plastizität und mechanischen Eigenschaften führt.

2. Die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken sind schlechter als die von Schmiedestücken aus dem gleichen Material. Darüber hinaus gewährleistet das Schmieden die Kontinuität der Faserstruktur des Metalls, indem es die Konsistenz zwischen der Faserstruktur und der Form des Schmiedestücks aufrechterhält, was zu vollständigen Metallflusslinien führt und gute mechanische Eigenschaften und eine längere Lebensdauer garantiert. Schmiedeteile, die durch Präzisionsgesenkschmieden, Kaltfließpressen und Warmfließpressen hergestellt werden, sind im Vergleich zu Gussteilen unübertroffen.

3. Schmiedestücke sind Gegenstände, bei denen Metall Druck ausgesetzt und plastisch verformt wird, um die gewünschte Form oder die entsprechende Druckkraft zu erreichen. Diese Kraft wird mit einem Hammer oder Druck erreicht. Der Schmiedeprozess erzeugt eine verfeinerte körnige Struktur und verbessert die physikalischen Eigenschaften des Metalls. Bei der praktischen Anwendung von Komponenten stellt eine ordnungsgemäße Konstruktion sicher, dass der Partikelfluss auf die Hauptdruckrichtung ausgerichtet ist. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei Gussteilen um Metallteile, die mit verschiedenen Gussverfahren hergestellt werden. Dabei wird geschmolzenes Metall mithilfe von Methoden wie Gießen, Einspritzen, Saugen oder anderen Gießtechniken in eine vorbereitete Form gegossen. Nach dem Abkühlen wird das Metall entsandt, gereinigt und nach{8}bearbeitet, um ein Objekt mit einer bestimmten Form, Größe und Leistung zu erhalten.

4. Schmiedeteile können Endformschmieden erreichen. Schmiedeteile erfordern nur minimale oder gar keine Bearbeitung und bieten Vorteile wie präzise Form, hohe Maßhaltigkeit, hohe Form- und Positionsgenauigkeit und hohe Oberflächenrauheit.

 

Anwendungen von Schmiedeteilen
Wichtige Teile in entsprechenden Maschinen, die hohen Belastungen standhalten und unter rauen Bedingungen arbeiten, werden häufig geschmiedet, mit Ausnahme einfacherer Formen, die aus gewalzten Blechen, Profilen, Gussteilen und geschweißten Teilen hergestellt werden können. Schmieden ist eine der Hauptbearbeitungsmethoden zur Herstellung von Rohlingen für mechanische Teile in der Industrie Maschinenbauindustrie. Durch Schmieden kann nicht nur die Form mechanischer Teile erhalten werden, sondern auch die innere Struktur des Metalls verbessert werden, wodurch seine mechanischen und physikalischen Eigenschaften verbessert werden. Für die meisten wichtigen mechanischen Teile, die einer hohen Beanspruchung ausgesetzt sind und hohe Anforderungen stellen, ist das Schmieden die gebräuchlichste Fertigungsmethode. Beispielsweise werden wichtige Teile wie Turbinengeneratorwellen, Rotoren, Laufräder, Schaufeln, Sicherungsringe, große hydraulische Presssäulen, Hochdruckzylinder, Walzwerkswalzen, Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, Pleuel, Zahnräder, Lager und Artillerie in der Verteidigungsindustrie alle durch Schmieden hergestellt.