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Das Schmieden wurde erstmals vor Tausenden von Jahren von Schmieden eingeführt. Sie benutzten Hämmer oder Ambosse, um verschiedene Produkte herzustellen. Heutzutage ist dieses Herstellungsverfahren in vielen Branchen sehr beliebt. Untersuchungen haben ergeben, dass die Einnahmen aus Schmiedearbeiten wird bis 2024 31,6 Milliarden US-Dollar erreichen.
Beim Schmieden wird das Metall in der Regel durch Walzen, Hämmern oder Pressen geformt. Das Verfahren funktioniert bei unterschiedlichen Temperaturen: kalt, warm oder heiß. Im Allgemeinen können Sie mit diesem Verfahren hochfestes Metall für die Herstellung verschiedener Teile erhalten.
Das Schmieden kann nach verschiedenen Methoden erfolgen. Dieser Artikel gibt Ihnen einen vollständigen Überblick über den Prozess, seine Methoden und seine Anwendungen. Lassen Sie uns also in den Artikel eintauchen!
Definition des Schmiedens
Schmieden is a metal shaping process that uses localized compressive forces. Usually, the force is applied on the metal workpiece in the form of hammer blows, presses, or rollings. You may power these tools through electricity, hydraulics, or compressed air. However, forging is classified according to the temperatures at which it works— cold (at room temperature), warm (300 to 800°C), and hot forging (above 800°C).
Mit Hilfe des Schmiedens können Sie das Metallwerkstück in eine Vielzahl von Formen bringen. Dies kann geschehen, indem das Werkstück durch Aufbringen der Kraft als fallender Stempel auf den Amboss in individuelle Formen gepresst wird. In einer anderen Situation wird das Metallteil in der Matrize gepresst, um dem Material eine Form zu geben.
Diese Technik ist mit Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl, rostfreiem Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer und Titan kompatibel. Das Verfahren ermöglicht die plastische Verformung des Ausgangsmetalls in verschiedene Geometrien bei minimalem Materialverlust. Sobald das rohe Metallwerkstück geschmiedet ist, wird es ziemlich fest und ermüdungsbeständig.
Wenn ein Metall auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann Druck ausgeübt wird, werden die Risse und Hohlräume im Metall normalerweise verschlossen, was es robust macht. Außerdem wird das Metall durch die Änderung der Kornstruktur bei der Schmiedetechnik zäh und robust.
Welche Ausrüstung wird zum Schmieden verwendet?
Nachfolgend finden Sie einige der wichtigsten Schmiedewerkzeuge, die für diesen Prozess verwendet werden; ihre Verwendung hängt von der von Ihnen verwendeten Methode ab. Schauen wir es uns an!
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Hämmer
Ein Presslufthammer ist das am häufigsten verwendete Schmiedewerkzeug. Die Gegenschlagmaschine besteht aus einem Hammer und einem Amboss, zwischen denen das Metallteil gehalten wird. Sie funktioniert durch kontinuierliche Schläge auf das Metallwerkstück in bestimmten Bereichen, um es zu verformen oder zu formen. Das Hämmern erfordert einen ziemlich hohen Druck, um die Form des Metalls zu verändern. Daher sind fast 50.000 Pfund an Antriebskraft erforderlich.
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Pressen
Im Gegensatz zum kontinuierlichen Schlagen mit dem Hammer wird das Metall beim Pressen zwischen speziell geformte Gesenke gepresst, um es zu formen. In der Regel wird bei Pressen mechanischer oder hydraulischer Druck auf das Schmiedegesenk ausgeübt. Bei mechanischen Pressen spielen Kurbeln, Nocken und Kipphebel eine wichtige Rolle beim Schlagen. Bei hydraulischen Pressen hingegen wird die Antriebskraft durch Flüssigkeitsdruck und einen Kolben erzeugt. Außerdem wird das Metall bei Pressen vertikal in die Gesenkhöhlen gepresst.
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Umstürzler
Stauchpressen sind Pressen sehr ähnlich. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das Metall beim Stauchschmieden waagerecht gepresst wird. Die Kraft wird in horizontaler Richtung aufgebracht, um das Metall in den Gesenkhohlraum zu bewegen.
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Ringwalzen
Wie der Name schon sagt, sind Ringwalzen für die Herstellung von Ringformen aus Metallen zuständig. In erster Linie sind sie in der Lage, Ringdurchmesser von einigen Zentimetern bis zu fast über 300 Zentimetern herzustellen. Ringwalzen arbeiten an hohlförmigen Metallwerkstücken.
Was sind die verschiedenen Arten des Schmiedens?
Es gibt mehrere Schmiedemethoden, die jeweils unterschiedliche Möglichkeiten und Vorteile bieten. Beginnen wir mit der ersten Schmiedemethode:
1. Gesenkschmieden
Das Gesenkschmieden wird so genannt, weil ein Hammer auf das Werkstück fällt, um es entsprechend der Form des Gesenks, in dem es sich befindet, zu verformen. Das Gesenk ist eine Fläche, die mit dem Metallwerkstück in Berührung kommt. Sie können je nach Arbeitsgang flach oder mehrförmig sein.
Das Gesenkschmieden wird weiter in zwei Typen unterteilt:
- Freiformschmieden oder Gesenkschmieden.
- Geschlossenes Gesenkschmieden oder Gesenkschmieden.
Freiformschmieden
Beim Freiformschmieden wird das Metallwerkstück nicht von den Gesenken umschlossen. Stattdessen wird das Werkstück auf einen feststehenden Amboss gelegt, und ein Hammer schlägt darauf, um die Form des Materials zu formen. Daher sind Sie selbst dafür verantwortlich, die Position des Metalls zu verändern, um die gewünschte Form zu erhalten.
Darüber hinaus bietet sie maßgeschneiderte Metallprodukte an. Einige große Vorteile des Schmiedens sind unten aufgeführt:
- Bietet Ermüdungsfestigkeit und feine Körnung.
- Die Wahrscheinlichkeit von Hohlräumen ist geringer.
- Verbessert die innere Qualität des Produkts aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften.
Gesenkschmieden
Beim Gesenkschmieden werden ausschließlich Gesenke mit unterschiedlichen Formen verwendet. Das Metallwerkstück im Inneren des Gesenks wird durch einen Hammer fallen gelassen, wodurch es fließt und schließlich die Hohlräume des Gesenks füllt. Das Werkstück in einem Gesenk ist an einem Amboss befestigt.
Infolge des kontinuierlichen Schlagens tritt das überschüssige Metall aus den Hohlräumen der Matrize aus, was als Grat bezeichnet wird. Der Grat kühlt in kürzerer Zeit ab als das übrige Material in der Matrize. Dadurch wird er vergleichsweise stärker und zäher. Sobald das Schmieden abgeschlossen ist, kann der Grat entfernt werden. Das Gesenkschmieden bringt Ihnen folgende Vorteile:
- Erzeugt die einzigartigen und hochveredelten Formen der Produkte.
- Behandelt Produkte bis zu 25 Tonnen.
- Bietet höhere Produktionsraten.
2. Walzschmieden
Beim Walzschmieden wird die Dicke eines runden oder stabförmigen Werkstücks verringert und seine Länge vergrößert. Es werden zwei zylindrische oder halbzylindrische horizontale Walzen verwendet, die jeweils mit Formrillen versehen sind. Das erwärmte runde Werkstück wird zwischen die Walzen gelegt, und während sich die Walzen drehen, wird das Werkstück in der Maschine nach und nach geformt. Danach wird es in die nächste Reihe von Rillen geschoben. Der Prozess wird so lange fortgesetzt, bis die gewünschte Form und Größe des Stabes erreicht ist.
Der Vorteil des Walzschmiedens ist, dass kein Materialabfall entsteht. Außerdem wird die Querschnittsfläche der Stange verringert und es entstehen konische Enden.
3. Pressen Schmieden
Beim Gesenkschmieden geht es um den Faktor Kompression. Das Metallteil wird auf ein stationäres Gesenk gelegt, und es wird kontinuierlich Druck ausgeübt, um die gewünschte Form zu erhalten. Sie können die innere Dehnung kontrollieren, indem Sie die Kompressionsrate steuern.
Die Schmiedepresse wird aus den folgenden Gründen bevorzugt:
- Bietet bemerkenswerte Genauigkeit.
- 500-9000 Tonnen Druck können beim Pressschmieden angewendet werden.
- Sie können den Druck, die Geschwindigkeit und den Weg der Matrize automatisch steuern.
4. Umgekipptes Schmieden
Beim Stauchschmieden wird die Länge des Werkstücks komprimiert, um seinen Durchmesser zu vergrößern. Kurbelpressen sind Hochgeschwindigkeitsmaschinen, die das Stauchschmieden ermöglichen. Meistens werden Kurbelpressen auf horizontalen Ebenen aufgestellt, um die Arbeitseffizienz zu verbessern. Es können jedoch auch hydraulische Pressen oder vertikale Kurbelpressen verwendet werden. Die Vorteile des Stauchschmiedens liegen in der Erhöhung der Produktionsrate. Außerdem ist eine vollständige Automatisierung möglich.
5. Kaltfließpressen
Das Kaltschmieden ist eines der Schmiedeverfahren, bei dem Produkte mit hervorragender Oberflächengüte und engen Toleranzen hergestellt werden. Das Kaltschmieden unterscheidet sich deutlich von anderen Schmiedemethoden, da es ohne Wärmezufuhr auskommt. Stattdessen wird eine kalte Temperatur für die Formgebung der Teile benötigt.
Darüber hinaus bietet es eine breite Palette von Formen, darunter wellenförmige Teile, Hohlkörper, gestauchte und gebogene Konfigurationen, becherförmige Komponenten usw.
6. Isothermisches Schmieden
Isothermes Schmieden ist eine fortschrittliche Form des Warmschmiedens, bei der sowohl der Werkstoff als auch das Gesenk auf dieselbe Temperatur erhitzt werden. Daher sollte eine Vorrichtung zur Beheizung der Form und zur Temperaturregelung vorhanden sein, um die richtige Kontrolle und das richtige Gleichgewicht zu gewährleisten. Das Verfahren arbeitet mit adiabatischer Erwärmung, was bedeutet, dass kein Wärmeaustausch zwischen dem System und seiner Umgebung stattfindet. Aufgrund des geringeren Wärmeverlusts können daher kleinere Maschinen eingesetzt werden.
Das isothermische Schmieden eignet sich in der Regel für Werkstoffe mit einem engen Temperaturbereich, wie Titanlegierungen, Superlegierungen, Hochleistungssuperlegierungen usw.
7. Automatische Warmumformung
Beim automatischen Warmschmieden werden die Metallstangen bei Raumtemperatur in ein Ende der Schmiedemaschine eingeführt. Am anderen Ende kommen die heiß geschmiedeten Produkte heraus. Der gesamte Prozess läuft schnell ab. In der Regel können 180 kleine Teile in einer Minute hergestellt werden, größere Teile können mit einer Geschwindigkeit von 90 Teilen pro Minute gefertigt werden.
Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass nur ein geringer Arbeitsaufwand für die Bedienung der Schmiedemaschine erforderlich ist; der Rest des Prozesses erfolgt automatisch. Außerdem entsteht kein Grat, so dass das Material nicht verschwendet wird.
8. Präzisionsschmieden oder Net-Shape- und Near-Net-Shape-Schmieden
Beim Präzisionsschmieden handelt es sich in der Regel um ein flammenloses, endkonturnahes Schmiedeverfahren. Es dient dazu, die Kosten und den Abfall während des Betriebs zu minimieren. Die Kosten werden eingespart, weil weniger Material verbraucht wird, der Energieverbrauch begrenzt ist und die Bearbeitung reduziert wird. Daher wird dieses Verfahren nur dann bevorzugt, wenn jemand eine Kostenreduzierung wünscht.
Vor allem ist das Präzisionsschmieden eine Veredelungstechnik, die nach dem Schmieden keine weitere Bearbeitung erfordert.
Anwendungen des Schmiedens
Das Schmieden ist eine sehr gut anwendbare Technik der Metallherstellung. Sie können damit kleine Schmiedeteile von wenigen Zentimetern bis hin zu ziemlich großen, tonnenschweren Teilen herstellen. Im Folgenden sind einige gängige Anwendungen aufgeführt:
- Sie ist für die Herstellung empfindlicher Teile von Flugzeugen zuständig.
- Das Verfahren stärkt die Fahrzeugausrüstung.
- Sie stellt auch Handwerkzeuge her, z. B. Schrauben, Nieten, Meißel, Bolzen usw.
- Aufgrund der ausgezeichneten Ermüdungsfestigkeit von Schmiedemetall ist es ideal für die meisten beweglichen Teile, wie Nockenwellenräder und Kurbelwellen.
- Die Technik ist für den Bau von Schiffskonstruktionen geeignet.
- Generatorrotoren und Turbinenmotoren sind ebenfalls Beispiele für geschmiedete
- Es spielt auch eine Rolle bei der Verstärkung der Motor- und Getriebeteile.
Schlussfolgerung
Hopefully, you are there with enough knowledge about the basics and several methods of the forging process. Forging enables you to enjoy metal parts containing outstanding mechanical properties, offering toughness, ductility, and fatigue resistance. On top of that, Forging provides products with various sizes and design flexibilities. Yet, you need to take high safety measures while dealing with forging techniques in industries. Your slight negligence may prove risky to you.
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