Die verschiedenen Schmiedeprozesse zur Herstellung endkonturnaher Formen

Einfach gesagt ist das Schmieden ein Prozess der Formgebung und Ausgestaltung von Metallen durch Hämmern, Drücken oder Walzen. Der Vorgang beginnt mit einem gegossenen Barren, der auf die jeweilige Temperatur erwärmt wird, die zur plastischen Verformung erforderlich ist. Dann wird der Barren zwischen Formen in die gewünschte Form und Stärke gebracht.

Während des Warmschmiedens wird die grobkörnige Struktur des gegossenen Metalls aufgebrochen und mittels Verkleinerung der Stahlblockgröße durch eine feinere Körnung ersetzt Im Schmiedeteil entsteht eine sehr solide zentrale Zone, die dem gesamten Produkt zu einer ausgezeichneten strukturellen Gesamtintegrität verhilft. Die mechanischen Eigenschaften verbessern sich, wenn die gegossene Struktur verändert wird. Dichte und Homogenität werden erhöht. Das Schmieden ermöglicht auch die Angleichung des Faserverlaufs und damit eine Optimierung der Querfestigkeit.

Die beiden Hauptverfahren beim Freiformschmieden sind das Druckschmieden und das Flachstauchen. Beides beinhaltet die Umformung eines erhitzten Metallteils zwischen einem Obergesenk an einer Ramme und einem Untergesenk auf einem Amboss oder Pressentisch. Diese Verfahren beinhalten einige der folgenden Unterschiede:

1. Größe – Beim Flachstauchen ist die Werkstückgröße begrenzt. Gewichte von 500-650 kg sind im Allgemeinen als Obergrenze für dieses Verfahren. Darüber wird das Druckschmieden verwendet, weil durch Hydrauliksysteme schier unbegrenzte Kräfte eingebracht werden können.

2. Materialeigenschaften – Beim Flachstauchen wird mit hoher Geschwindigkeit auf das Werkstück eingeschlagen, wodurch feinere Korngrößen und bessere Materialeigenschaften als beim langsameren Druckschmieden entstehen. Jedoch entstehen beim besser steuerbaren Druckschmieden größere Umformungen, die dem Material höhere Bearbeitbarkeit und konsistentere Eigenschaften verleihen.

3. Toleranzen – Flachstauchen erzielt endkonturnähere Resultate mit kleineren Aufmaßen und daher kann dieses Verfahren bei kostspieligen und schwierig zu bearbeitenden Legierungen von großem Vorteil sein.

Je nach Legierungssorte und Werkstückgröße werden Stäbe aus einzelnen Gussblöcken gefertigt (weitere Extrusion oder Warmwalzen sind gegebenenfalls möglich). Stabförmiges Halbzeug eignet sich gut für die Lagerhaltung, da so verschiedene Güteklassen mit einer Vielzahl verschiedener Querschnitte ohne lange Lieferzeiten vorrätig sind. Es ist gut geeignet für anschließende Weiterbearbeitung, da hier auch eine gewisse Flexibilität besteht in puncto Stabdurchmesser und gewünschter Länge. Für manche Komponenten bietet sich das Schmieden an, da hiermit bei einem Teil nahe der Endkontur noch Materialeigenschaften verbessert werden können.

Endkonturnahe Schmiedeteile

Ein Teil bis nahe an die Endkontur zu schmieden, spart nicht nur Materialeinsatz, sondern es kann auch durch die Steuerung des Korngefügeverlaufs die strukturelle Integrität erheblich steigern.

1. Grobschmieden eines erhitzten Barrens zwischen Gleitbacken bis zur maximalen Durchmesserbemaßung

2. Ein „Messer“-Werkzeug markiert die Ausgangspositionen.

3. Schmieden der ersten Stufe auf Maß.

4. Schmieden der zweiten Stufe auf Maß.

5. Stauchen des groben Schmiedeteils zur Glättung der Oberfläche und Verringerung des Aufmaßes.

Durch Schmieden können berechenbare und gleichförmige Produkte mit folgenden Eigenschaften gefertigt werden:

– Verfeinerte Korngrößen und gutes Fließverhalten durch mechanische Warmumformung

– Überragende metallurgische und mechanische Qualität und erhöhte Querfestigkeit

– Höhere strukturelle Integrität

Formschmieden – Durch die bewusste Orientierung des Schmiedeprozesses auf die Richtung, in der die größte Festigkeit verlangt wird, kann eine gleichförmige Ausrichtung erreicht werden. Dadurch werden auch eine höhere Duktilität und größere Schlag- und Ermüdungsfestigkeit erzielt als bei einem geschmiedeten Stab, der dann noch bearbeitet wird.

Freiformschmieden

1. Der Rohling wird durch Druck gestaucht, um strukturelle Integrität und ein ausgerichtetes Korngefüge zu erhalten.

2. Das Werkstück wird durchgestanzt, um die für den folgenden Ringwalzprozess erforderliche Ringform zu erhalten.

3. Fertige Vorform für den Ringprozess.

4. Durch die Vorform wird eine Art „Nadel“ oder Dornstange geführt, damit sich der Ring aufweiten kann. Dieses Verfahren wird manchmal auch als „Becking out“ bezeichnet.

5. Die Ringdicke wird im Becking-Verfahren durch das stoßweise Schmieden zwischen Flachgesenk und Flachbett erreicht.

Ringwalzen

Die Verfahrensbezeichnung Ringwalzen wird in der Fertigung nahtlos geschmiedeter Ringe häufig verwendet. Nahtlose Ringe können in flacher Scheibenform oder auch in großdimensionierten zylindrischen Formen gefertigt werden. Die einfachste und verbreitetste Form sind Ringe mit rechteckigem Querschnitt, aber mit diesem Formgebungsverfahren können auch nahtlos gewalzte Ringe in komplexen, kundenspezifischen Formen mit Innen- und Außenkonturen gefertigt werden.

1. Der Prozess beginnt mit einer runden Vorform aus Metall, die zum Erhalt der strukturellen Integrität und einem gleichlaufenden Korngefüge zuvor gestaucht und anschließend zu einer Ringform durchgestanzt wird. Diese Vorform wird dann auf eine Führungswelle gesteckt.

2. Im Ringwalzprozess übt die Führungswelle Druck auf die Antriebsrolle aus.

3. Diese Führungswelle drückt nun gegen die sich stetig drehende Antriebsrolle, um die Wandstärke zu verringern und zugleich die Durchmesser (Innen- und Außendurchmesser) des entstehenden Rings zu vergrößern. Die Axialrollen steuern während dieses Drehvorgangs die Höhe des Rings. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die gewünschte Größe erreicht ist.

4. Der Prozess wird fortgesetzt, bis die gewünschte Größe erreicht ist.

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