Schmiedeoperationen erklärt: Arten, Methoden, Vorteile & Wichtige Einblicke

In diesem Artikel besprechen wir, was Schmieden ist, wie es funktioniert, Arten des Schmiedens, Operationen, Vorteile, Nachteile und mehr.

Was sind Schmiedeoperationen?

Schmiedeoperationen sind die Operationen, die verwendet werden, um jedem Metallwerkstück durch Erhitzen oder Abkühlen und anschließendes Schlagen mit einem Hammer die gewünschte Form zu geben.

Was ist Schmieden?

Schmieden ist ein Fertigungsverfahren, bei dem Metall mit lokalen Druckkräften geformt wird. Die Schläge werden mit einem Hammer oder einer Matrize (Werkzeug) ausgeführt. Schmieden wird häufig nach der Temperatur klassifiziert, bei der es durchgeführt wird: Kalt-Schmieden, Warm-Schmieden oder Heiß-Schmieden.

Schmiedemethoden

Kleine Schmiedearbeiten können durch Schlagen mit einem Hammer erledigt werden, aber schwere Schmiedearbeiten können nur mit Maschinen durchgeführt werden. Es gibt drei Methoden des Schmiedens.

1. Hand-Schmieden (Freiformschmieden)
2. Fallhammer-Schmieden (Drop Forging)
3. Kraft-Schmieden oder Maschinen-Schmieden (Power Forging)

1. Hand-Schmieden

Hand-Schmieden oder Schmieden ist der Prozess der Formgebung eines Werkstücks durch Schlagen mit einem Hammer. Hand-Schmieden wird nur eingesetzt, um eine kleine Anzahl leichter Schmiedestücke hauptsächlich in Reparaturwerkstätten zu formen. In jüngerer Zeit wurde Hand-Schmieden durch Kraft-Schmieden ersetzt.

2. Fallhammer-Schmieden

Fallhammer-Schmieden ist der Prozess der Formgebung von Metall und Erhöhung seiner Festigkeit. Bei den meisten Schmiedeprozessen wird ein oberes Werkzeug gegen ein erhitztes Werkstück gedrückt, das auf einem stationären unteren Werkzeug positioniert ist. Wenn das obere Werkzeug oder der Hammer fallen gelassen wird, wird der Prozess als Fallhammer-Schmieden bezeichnet.

3. Kraft-Schmieden

Kraft-Schmieden ist ein Fertigungsverfahren, das zur Formgebung von Metall durch Anwendung berechneter Kraft führt. Schmieden wird während des Formprozesses mit einem Kraft-Hammer oder einer Matrize ausgeführt, um das beabsichtigte Design des geschmiedeten Metallobjekts zu erzeugen.

Schmiedeoperationen (Freiformschmieden)

Eine Reihe von Operationen wird verwendet, um die Form des Rohmaterials in die fertige Form zu ändern. Die typischen Schmiedeoperationen sind:

1. Aufsetzen (Upsetting)
2. Ziehen (Drawing Down)
3. Absetzen (Setting Down)
4. Biegen (Bending)
5. Schweißen (Welding)
6. Schneiden (Cutting)
7. Lochen (Punching)
8. Vollern (Fullering)

Alle diese Operationen werden mit dem Metall in erhitztem Zustand durchgeführt, der durch das Nehmen eines „frischen“ Glühens aufrechterhalten werden muss, wenn die Arbeit Anzeichen des Abkühlens zeigt.

1. Aufsetzen (Upsetting Operation)

Aufsetzen oder Kopieren ist der Prozess der Erhöhung der Dicke eines Stabes auf Kosten seiner Länge und wird durch Enddruck bewirkt. Der Druck kann durch Anfahren des Stabendes gegen den Amboss, durch Auflegen auf den Amboss und Schlagen mit dem Hammer, durch Platzieren in einem Lochenblock und Schlagen mit dem Hammer oder durch Einspannen in einen Schraubstock und anschließendes Hämmern erzielt werden.

Abb. 8.6 (a) zeigt die Wirkung schwerer Hammerschläge auf einen gleichmäßig erhitzten Stab; (b) zeigt die Wirkung vergleichsweise leichter Hammerschläge. Lokale Aufsetzungen können wie bei (c) und (d) durch Erhitzen nur des Endes oder der Mitte des Stabes erzielt werden.

2. Ziehen oder Stauchen (Drawing Down or Swaging Operation)

Es ist der Prozess der Erhöhung der Länge eines Stabes auf Kosten seiner Breite oder Dicke oder beider. In Abb. 8.7 stellen A, B und C diese Operation dar. A stellt den ursprünglichen Vorrat dar, B zeigt den Vorrat nach dem Hämmern mit einem Kreuzpeinhammer oder mit einem Obervollen und Vorschlaghammer, und C zeigt das fertige Schmiedestück nach Verwendung des Glätt-Hammers (Flatter).

3. Absetzen (Setting Down Operation)

Es ist ein lokalisiertes Ziehen oder Stauchen, wie bei D in Abb. 8.7 dargestellt. Mit anderen Worten, es kann als Prozess der lokalen Verdünnung bezeichnet werden, die durch den Setzhammer oder Setzhammer bewirkt wird. Normalerweise wird die Arbeit an der Stelle, an der das Absetzen beginnt, gevollert. In Abb. 8.7 zeigt E den Prozess des Absetzens beider Kanten eines Stabes mit Ober- und Untervoller, und F veranschaulicht, wie der Glätt-Hammer nahe an einer Schulter verwendet werden kann.

4. Lochen (Punching Operation)

Es ist der Prozess der Herstellung von Löchern, im Allgemeinen zylindrisch, durch Verwendung eines heißen Lochstempels über dem Pritchelloch des Ambosses, über einer zylindrischen Matrize oder über einem Loch der richtigen Größe im Lochenblock. Abb. 8.8 zeigt die Phasen beim Lochen eines Lochs.

5. Biegen (Bending Operation)

Biegen ist eine wichtige Schmiedeoperation und wird sehr häufig verwendet. Dies kann als winklig oder kurvilinear klassifiziert werden. Biegen kann über die Kante der Ambossoberfläche, über das Ambosshorn, in speziellen Formen wie den Kanten des Lochenblocks oder für Stabstahl durch Einführen des Endes in das Pritchelloch und Biegen des Stabes mit einem Schraubenschlüssel oder einer Zange erfolgen.

6. Schweißen oder Fügen (Welding or Shutting Operation)

Es ist vielleicht die Hauptschmiedeoperation, die vom Schmied durchgeführt wird. Das Metall, das über einen weiten Temperaturbereich pastös bleibt, lässt sich am leichtesten schweißen, und in dieser Hinsicht haben Schmiedeeisen und Baustahl einige Vorteile gegenüber anderen Metallen. Die erste wesentliche Voraussetzung für die Herstellung einer gesunden Schweißnaht ist, dass die in Kontakt stehenden Oberflächen mechanisch und chemisch perfekt sauber sein müssen, damit Kohäsion eintritt, wenn das Metall in einem plastischen Zustand ist.

Ein Schutz für das Metall ist eine Flussbeschichtung, die die Metalloberflächen bedeckt und durch Ausschluss der Luft Oxidation verhindert. Als Flussmittel beim Schmiedeschweißen werden häufig reiner Quarzsand, kalzinierter Borax oder eine Mischung aus vier Teilen Borax und einem Teil Salmiak verwendet.

7. Schneiden (Cutting Operation)

Abschneiden ist eine Form des Meißelns, bei der ein langes Stück Vorrat in mehrere bestimmte Längen geschnitten wird oder ein Schmiedestück von seinem Vorrat getrennt (abgeschnitten) wird. Für das Heißmeißeln muss Stahl in einem Schmiedeherd oder Ofen auf ein helles Kirschrot, also 850 bis 950 °C, erhitzt werden. Beim Schneiden mit Meißeln werden die Hammerschläge auf den Meißelkopf gerichtet, der leicht abgerundet sein muss.

8. Vollern (Fullering Operation)

In der Metallbearbeitung ist ein Voller (Fuller) ein Werkzeug, das verwendet wird, um Metall im heißen Zustand zu formen. Der Voller hat eine abgerundete, entweder zylindrische oder parabolische Nasenform. Vollern oder Spreizen des Metalls wird entlang der Länge des Werkstücks durch Bearbeiten an separaten Abschnitten durchgeführt. In diesem Fall wird die Achse des Werkstücks senkrecht zur Breite der flachen Matrize positioniert.

Bei diesen Schmiedeoperationen wird der Voller gegen den Metallvorrat gelegt, und dann wird entweder der Voller (für einen Obervollen) oder der Vorrat (für einen Untervollen) mit einem Hammer geschlagen. Die abgerundete Nase des Vollers spreizt das Metall effizienter als die flache Fläche des Hammers. Der Prozess hinterlässt Rillen im Vorrat, die später mit dem Hammer oder anderen Werkzeugen planiert werden können.

9. Kantenpressen (Edging Operation)

Dieser Schmiedeprozess beinhaltet das Schlagen oder Pressen der Metallplatte in die gewünschte Form. Das Werkstück wird gegen zwei Matrizenkanten gepresst.

Vorteile von Schmiedeoperationen

• Die Zugfestigkeit des Metalls wird verringert, und es gewinnt die Eigenschaft der Plastizität, wodurch wir das Metall nach unseren Spezifikationen formen können. (Anmerkung: Im Original steht "tensile strength is reduced", was wahrscheinlich "yield strength" oder "Widerstand gegen Verformung" meint – Schmieden erhöht die Festigkeit.)
• Ziehen, Aufsetzen und Biegen werden durch die Eigenschaften der Plastizität und Formbarkeit vereinfacht.
• Ein geschmiedetes Werkstück ist einfach zu endbearbeiten, da seine Form nahezu vollständig ist und es weniger Zeit in Anspruch nimmt.
• Andere Maschinenbearbeitungen können nach dem Schmieden auf Handmetall leicht durchgeführt werden.
• Es gibt wenig Metallverlust (Ausschuss).
• Heißschmieden verbessert die Struktur des Metalls.
• Am Metall gibt es wenig Raum für Spannungen und Risse.

Nachteile von Schmiedeoperationen

• Beim Erhitzen des Metalls tritt Oxidation auf, die das Metall schädigt.
• Spröde Metalle können nicht geschmiedet werden.
• Der Schmiedeprozess erlaubt keine Endbearbeitung (Feinbearbeitung).
• Die Abmessungen der Werkstücke ändern sich (durch Schrumpfung/Verzug).

MCQs zu Schmiedeoperationen

1. Bei welcher der folgenden Schmiedeoperationen wird keine spezielle Matrize verwendet?
a) Fallhammer-Schmieden
b) Freiformschmieden (Smith Forging)
c) Prägen (Coining)
d) Press-Schmieden

Antwort: b
Erklärung: Freiformschmieden wird auch als Flachmatrizen- und Offenmatrizen-Schmieden bezeichnet. Es umfasst den breiten Bereich von Schmiedearbeiten, die zwischen flachseitigen Matrizen hergestellt werden und möglicherweise durch Standardwerkzeuge ergänzt werden. Die endgültige Form des Schmiedestücks hängt vom Geschick des Schmieds für Größe und Form ab. Freiformschmiede-Operationen produzieren Werkstücke geringerer Genauigkeit im Vergleich zu Eindruck- oder Geschlossenmatrizen-Schmieden. Das Werkzeug ist einfach, kostengünstig und ermöglicht die Produktion einer großen Vielfalt von Formen.

2. Bei welcher der folgenden Schmiedeoperationen werden wiederholtes Hämmern und geschlossene Matrize verwendet?
a) Fallhammer-Schmieden
b) Freiformschmieden
c) Prägen
d) Press-Schmieden

Antwort: a
Erklärung: Hammer-Schmieden wird auch als Fallhammer-Schmieden bezeichnet, bei dem ein Hammer das Werkstück wiederholt trifft, um es zu verformen. Es gibt verschiedene Hämmerarten wie Fallhammer, Gegenstoß- und Pulverhammer.

3. Bei welcher der folgenden Schmiedeoperationen wird anstelle von wiederholtem Hämmern allmähliche Kraft angewendet?
a) Fallhammer-Schmieden
b) Freiformschmieden
c) Prägen
d) Press-Schmieden

Antwort: d
Erklärung: Press-Schmieden ist eine Variation des Fallhammer-Schmiedens. Im Gegensatz zum Fallhammer-Schmieden arbeiten Press-Schmieden langsam, indem sie kontinuierlichen Druck oder Kraft anwenden. Die Zeit, in der die Matrizen mit dem Werkstück in Kontakt sind, wird in Sekunden gemessen (im Vergleich zu Millisekunden bei Fallhammer-Schmieden). Der Press-Schmiede-Vorgang kann sowohl kalt als auch heiß durchgeführt werden. Der Hauptvorteil des Press-Schmiedens im Vergleich zum Fallhammer-Schmieden ist seine Fähigkeit, das gesamte Werkstück zu verformen.

4. Prägen und Formen sind zwei spezielle Arten welcher Schmiedeoperation?
a) Aufsetzen (Upset)
b) Press-Schmieden
c) Hobbeln (Hubbing)
d) Stauchen (Swaging)

Antwort: b
Erklärung: Prägen ist eine starke Metall-Pressoperation, bei der der Metallfluss in den oberen Schichten des Materials stattfindet und nicht im gesamten Volumen. Der Vorgang wird in geschlossenen Matrizen hauptsächlich zum Erzeugen feiner Details durchgeführt, wie sie beim Münzprägen und bei der Schmuckherstellung benötigt werden. Der Rohling wird in die Matrizenhöhle gelegt, und ein Druck von bis zum fünf- bis sechsfachen der Materialfestigkeit wird angewendet. Je nach den erforderlichen Details auf dem Teil können mehr als eine Prägeoperation verwendet werden.

5. Welche der folgenden Schmiedeoperationen wird für Teile mit gleichmäßigem Querschnitt verwendet?
a) Aufsetzen (Upset)
b) Press-Schmieden
c) Hobbeln (Hubbing)
d) Stauchen (Swaging)

Antwort: a
Erklärung: Beim Aufsetz-Schmieden wird ein Stab mit gleichmäßigem Querschnitt, meist rund, zwischen gerillten Matrizen gehalten, Druck wird auf das Ende in Richtung der Stabachse durch Verwendung eines Kopierwerkzeugs (Heading Tool) angewendet, das das Ende durch Metallverdrängung aufspreizt.

6. Bei welcher der folgenden Techniken wird die Formung eines Querschnitts von Rohren oder Stäben durch wiederholte Stöße oder Schläge durchgeführt?
a) Aufsetzen (Upset)
b) Press-Schmieden
c) Hobbeln (Hubbing)
d) Stauchen (Swaging)

Antwort: d
Erklärung: Stauchen ist eine mechanische Verformungstechnik zur Reduzierung oder Formung des Querschnitts von Stäben oder Rohren durch wiederholte Stöße oder Schläge.

7. Kopieren (Heading) ist eine Art welcher Schmiedeoperation?
a) Durchstechen (Piercing)
b) Prägen (Embossing)
c) Aufsetzen (Upsetting)
d) Prägen (Coining)

Antwort: c
Erklärung: Ein Kopierwerkzeug (Heading Tool) oder Stößel wird senkrecht zur querschnittlichen Endfläche eines in einer Matrize gehaltenen Stabes oder Bolzens positioniert. Bei Anwendung von Druck wird die Länge des Stabes verringert und der Durchmesser erhöht (Aufsetzen). Dieser Fertigungsprozess wird umfangreich in der Herstellung von Befestigungselementen verwendet, um Bolzenköpfe, Schraubenköpfe etc. zu formen.

8. Beim Kopieren (Heading) sollte das Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis zum Verhindern von Knicken sein?
a) 1:3
b) 2:3
c) 3:1
d) 2:1

Antwort: c
Erklärung: Knicken ist durch ein plötzliches seitliches Versagen eines strukturellen Elements unter hoher Druckspannung gekennzeichnet, wobei die Druckspannung am Versagenspunkt geringer ist als die ultimative Druckspannung, die das Material aushalten kann. Beim Aufsetz-Schmieden sollte das Aspektverhältnis (Länge zu Durchmesser) 3:1 betragen.

9. Welche Operation wird verwendet, um erhabene Figuren auf Blechen mit entsprechender Erleichterung auf der anderen Seite herzustellen?
a) Roll-Schmieden
b) Prägen (Embossing)
c) Prägen (Coining)
d) Kopieren (Heading)

Antwort: b
Erklärung: Prägen (Embossing) ist eine Operation, bei der Blech mit passenden männlichen und weiblichen Matrizen auf geringe Tiefe gezogen wird. Der Vorgang wird hauptsächlich zum Versteifen flacher Paneele durchgeführt. Die Operation wird manchmal auch zur Herstellung von Dekorationsartikeln wie Nummernschildern oder Namensschildern, Schmuck usw. verwendet. Durch Prägen mit zwei Matrizen können Buchstaben, Zahlen und Designs auf Blechteilen erzeugt werden.

10. Welche der folgenden Operationen wird zur Herstellung von Kugellagern verwendet?
a) Schrägwalzen (Skew Rolling)
b) Roll-Schmieden
c) Press-Schmieden
d) Aufsetzen (Upsetting)

Antwort: a
Erklärung: Eine spezielle Art, Schrägwalzen, wird zur Herstellung von Mahlstahlkugeln und Lagertkugel-Rohlingen verwendet.

11. Bei der Schmiedeoperation wird Vollern durchgeführt, um:
a) Das Material zu ziehen (Draw out)
b) Das Material zu biegen
c) Das Material aufzusetzen (Upset)
d) Das Material zu strangpressen (Extrude)

Antwort: a
Erklärung: Vollern wird durchgeführt, um das Material zu ziehen. Beim Vollern wird das Material vom Schmiedebereich weg verteilt. Vollern ist der Prozess der Reduzierung des Querschnitts des Werkstücks oder der Verlängerung eines Vorratsabschnitts zur Vorbereitung auf den nachfolgenden Vorgang. Mit anderen Worten: Vollern wird durchgeführt, um den Querschnitt zu reduzieren und die Länge zu erhöhen.

Dies waren die verschiedenen Arten von Schmiedeoperationen, die in der Industrie durchgeführt werden. Hoffentlich hat Ihnen der Artikel gefallen. Bitte geben Sie Ihr Feedback im Kommentarbereich unten.