Schmieden ist der Sammelbegriff für Schmieden und Stanzen. Es handelt sich um ein Umformverfahren, bei dem Hammer, Amboss und Stempel einer Schmiedemaschine oder einer Form Druck auf den Rohling ausüben, um ihn plastisch zu verformen und so Teile mit der gewünschten Form und Größe zu erhalten.
Was ist Schmieden?
Beim Schmieden erfährt der gesamte Rohling eine erhebliche plastische Verformung und einen relativ großen plastischen Fluss. Beim Stanzen hingegen wird der Rohling hauptsächlich durch die Veränderung der räumlichen Position einzelner Bereiche geformt, und es findet kein großflächiger plastischer Fluss im Inneren statt. Schmieden wird vorwiegend zur Bearbeitung von Metallteilen eingesetzt. Es eignet sich aber auch zur Bearbeitung bestimmter Nichtmetalle wie technischer Kunststoffe, Gummi, Keramikrohlinge, Ziegel und zur Formgebung von Verbundwerkstoffen.
Walzen, Ziehen usw. in der Schmiede- und Metallindustrie sind allesamt Umformverfahren. Schmieden dient jedoch hauptsächlich der Herstellung von Metallteilen, während Walzen und Ziehen vorwiegend zur Produktion von Allzweck-Metallwerkstoffen wie Blechen, Bändern, Rohren, Profilen und Drähten eingesetzt werden.
Klassifizierung des Schmiedens
Schmiedeprozesse werden hauptsächlich nach Umformverfahren und Umformtemperatur klassifiziert. Nach dem Umformverfahren lassen sie sich in Schmieden und Stanzen unterteilen. Nach der Umformtemperatur kann man zwischen Warmschmieden, Kaltschmieden, Feinschmieden und isothermischem Schmieden unterscheiden.
1. Warmumformung
Warmschmieden ist ein Schmiedeverfahren, das oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls durchgeführt wird. Eine Temperaturerhöhung kann die Plastizität des Metalls verbessern, was sich positiv auf die Materialqualität des Werkstücks auswirkt und die Rissbildung verringert. Hohe Temperaturen können jedoch auch den Verformungswiderstand des Metalls verringern und somit die erforderliche Schmiedekraft reduzieren.SchmiedemaschinenViele Warmumformverfahren weisen jedoch eine geringe Werkstückpräzision und eine unebene Oberfläche auf. Zudem sind die Schmiedeteile anfällig für Oxidation, Entkohlung und Brandschäden. Warmumformung kommt zum Einsatz, wenn das Werkstück groß und dick ist und das Material eine hohe Festigkeit und geringe Plastizität aufweist (z. B. beim Walzbiegen extra dicker Bleche oder beim Tiefziehen von hochkohlenstoffhaltigen Stahlstangen).
Die üblicherweise verwendeten Warmumformtemperaturen sind: Kohlenstoffstahl 800~1250℃; legierter Baustahl 850~1150℃; Schnellarbeitsstahl 900~1100℃; gebräuchliche Aluminiumlegierung 380~500℃; Legierung 850~1000℃; Messing 700~900℃.
2. Kaltumformung
Kaltumformung ist das Schmieden unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Metalls. Im Allgemeinen bezeichnet Kaltumformung das Schmieden bei Raumtemperatur.
Durch Kaltumformung bei Raumtemperatur hergestellte Werkstücke zeichnen sich durch hohe Form- und Maßgenauigkeit, glatte Oberflächen, wenige Bearbeitungsschritte und gute Eignung für die automatisierte Fertigung aus. Viele kaltgeschmiedete und kaltgestanzte Teile können ohne Nachbearbeitung direkt als Bauteile oder Produkte eingesetzt werden. Aufgrund der geringen Plastizität des Metalls neigt die Kaltumformung jedoch zur Rissbildung und erfordert einen hohen Verformungswiderstand, was den Einsatz von Schmiedemaschinen mit hoher Presskraft notwendig macht.
3. Warmschmieden
Das Schmieden bei einer Temperatur oberhalb der Normaltemperatur, jedoch unterhalb der Rekristallisationstemperatur, wird als Warmschmieden bezeichnet. Das Metall wird vorgewärmt, wobei die Erwärmungstemperatur deutlich niedriger ist als beim Warmschmieden. Warmschmieden zeichnet sich durch höhere Präzision, glattere Oberflächen und geringen Verformungswiderstand aus.
4. Isothermes Schmieden
Beim isothermen Schmieden wird die Temperatur des Werkstücks während des gesamten Umformprozesses konstant gehalten. Dieses Verfahren nutzt die hohe Plastizität bestimmter Metalle bei gleicher Temperatur optimal aus oder ermöglicht die Erzielung spezifischer Strukturen und Eigenschaften. Da beim isothermen Schmieden die Temperatur von Form und Werkstück konstant gehalten werden muss, ist es mit hohen Kosten verbunden und wird daher nur für spezielle Schmiedeverfahren wie die superplastische Umformung eingesetzt.
Eigenschaften des Schmiedens
Schmieden kann die Metallstruktur verändern und die Metalleigenschaften verbessern. Nach dem Warmschmieden des Gussblocks werden die im Gusszustand vorhandenen Unregelmäßigkeiten wie Poren und Mikrorisse verdichtet oder verschweißt. Die ursprünglichen Dendriten werden aufgebrochen, wodurch das Korn verfeinert wird. Gleichzeitig werden die ursprüngliche Karbidseigerung und -verteilung verändert. Das Gefüge wird homogenisiert, sodass dichte, gleichmäßige und feine Schmiedeteile mit guten Gesamteigenschaften und hoher Zuverlässigkeit entstehen. Nach dem Warmschmieden weist das Metall eine faserige Struktur auf. Nach dem Kaltschmieden hingegen ist das Metallkristallgitter geordnet.
Schmieden bedeutet, Metall plastisch zu verformen, um ein Werkstück in der gewünschten Form zu erhalten. Das Volumen des Metalls ändert sich nach der plastischen Verformung unter Einwirkung einer äußeren Kraft nicht mehr, und es fließt stets dorthin, wo der Widerstand am geringsten ist. In der Fertigung wird die Form des Werkstücks häufig nach diesen Gesetzmäßigkeiten gesteuert, um Verformungen wie Verdicken, Strecken, Aufweiten, Biegen und Tiefziehen zu erzielen.
Die Abmessungen des geschmiedeten Werkstücks sind präzise und eignen sich für die Serienfertigung. Die Formgebungsmaße sind bei Verfahren wie Schmieden, Extrudieren und Stanzen genau und stabil. Hocheffiziente Schmiedemaschinen und automatische Schmiedefertigungslinien ermöglichen die Fertigung von Spezial- oder Serienteilen.
Zu den üblicherweise verwendeten Schmiedemaschinen gehören Schmiedehämmer,Hydraulikpressenund mechanische Pressen. Der Schmiedehammer zeichnet sich durch eine hohe Schlaggeschwindigkeit aus, was die plastische Verformung des Metalls fördert, jedoch Vibrationen verursacht. Die hydraulische Presse nutzt statisches Schmieden, was das Durchschmieden des Metalls und die Verbesserung der Struktur begünstigt. Der Arbeitsablauf ist stabil, die Produktivität jedoch gering. Die mechanische Presse verfügt über einen festen Hub und lässt sich leicht mechanisieren und automatisieren.
Entwicklungstrend der Schmiedetechnologie
1) Zur Verbesserung der intrinsischen Qualität von Schmiedeteilen, insbesondere zur Verbesserung ihrer mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Plastizität, Zähigkeit, Dauerfestigkeit) und Zuverlässigkeit.
Dies erfordert eine verbesserte Anwendung der Theorie der plastischen Verformung von Metallen. Es sollten Werkstoffe mit höherer Qualität, wie z. B. vakuumbehandelter und vakuumgeschmolzener Stahl, eingesetzt werden. Die Vorwärmung und die Wärmebehandlung beim Schmieden müssen korrekt durchgeführt werden. Schmiedeteile müssen strengeren und umfassenderen zerstörungsfreien Prüfungen unterzogen werden.
2) Die Präzisionsschmiede- und Präzisionsstanztechnologie soll weiterentwickelt werden. Zerspanungsfreie Bearbeitungsverfahren sind für die Maschinenbauindustrie der wichtigste Ansatzpunkt, um die Materialausnutzung und die Arbeitsproduktivität zu verbessern sowie den Energieverbrauch zu senken. Die Entwicklung oxidationsfreier Erwärmungsverfahren für Schmiederohlinge sowie hochharter, verschleißfester und langlebiger Werkzeugmaterialien und Oberflächenbehandlungsverfahren wird die Anwendung von Präzisionsschmieden und Präzisionsstanzen deutlich erweitern.
3) Schmiedeanlagen und Schmiedeproduktionslinien mit höherer Produktivität und Automatisierung entwickeln. Durch spezialisierte Fertigung wird die Arbeitsproduktivität deutlich gesteigert und die Schmiedekosten werden gesenkt.
4) Entwicklung flexibler Schmiedeformsysteme (z. B. durch Gruppenfertigung, schnellen Werkzeugwechsel). Dies ermöglicht die Fertigung von Schmiedeteilen in Kleinserien mit vielfältigen Varianten unter Nutzung hocheffizienter und hochautomatisierter Schmiedeanlagen oder Produktionslinien. Dadurch werden Produktivität und Wirtschaftlichkeit auf das Niveau der Massenproduktion angeglichen.
5) Entwicklung neuer Werkstoffe, wie z. B. Schmiedeverfahren für pulvermetallurgische Werkstoffe (insbesondere Doppelschicht-Metallpulver), Flüssigmetall, faserverstärkte Kunststoffe und andere Verbundwerkstoffe. Entwicklung von Technologien wie superplastisches Umformen, Hochenergieumformen und Innenhochdruckumformen.
Veröffentlichungsdatum: 04.02.2024
