Schmiedeprozess: Arten, Operationen, Anwendungen, Vor- und Nachteile

Das Schmieden ist ein metallisches Umformverfahren, bei dem das Werkstück erwärmt und durch Druckbeanspruchung in die gewünschte Form gebracht wird. Es handelt sich im Wesentlichen um ein Warmumformverfahren, bei dem der Werkstoff in den plastischen Bereich erhitzt und die Kraft manuell oder maschinell (Pressen, Hämmer) aufgebracht wird. Diese Kraft ist stets Druckkräfte. Gelegentlich wird auch ohne Wärmezufuhr geschmiedet – das KaltSchmieden. Heute ist das Schmieden in nahezu allen metallverarbeitenden Industrien unverzichtbar.

Was ist der Schmiedeprozess?

Grundoperationen

Je nach Kraftrichtung unterscheidet man zwei Hauptoperationen:

1. Strecken (Drawing Down)

Beim Strecken wird die Länge des Werkstücks vergrößert und der Querschnitt verringert. Die Druckkraft wirkt senkrecht zur Längsachse. Wäre die Kraft zugweise parallel zur Längsachse, spräche man vom Ziehen (Wire Drawing).

2. Upsetzen (Upsetting)

Das Upsetzen ist die Gegenoperation: Länge verringert sich, Querschnitt wächst. Die Druckkraft wirkt parallel zur Längsachse.

Arten des Schmiedens

1. Nach Temperatur

a) WarmSchmieden (Hot Forging): Werkstück wird über die Rekristallisationstemperatur erhitzt (ca. 0,5 × Schmelztemperatur).
b) HalhwarmSchmieden (Warm Forging): Bei ca. 40 % der Schmelztemperatur.
c) KaltSchmieden (Cold Forging): Bei Raumtemperatur – liefert die höchsten mechanischen Eigenschaften.

2. Nach Werkzeuganordnung

a) Freiformschmieden (Open Die Forging): Flache Werkzeuge oder werkzeuglos; grobe Formgebung, Nachbearbeitung nötig.
b) Gesenkschmieden (Close Die Forging): Präzise Gesenke formen das Endkontur; wenig/nachbearbeitungsfrei, aber hohe Kräfte erforderlich.

3. Nach Schmiedeausrüstung

a) Freiformschmieden (Smith Forging): Traditionell auf Amboss mit Hand- oder KraftHammer.
b) FallHammerSchmieden (Drop Forging): Automatischer Fallhammer in Gesenken; stoßartige Krafteinleitung.
c) PressSchmieden (Press Forging): Hydraulische Presse mit kontinuierlichem Pressweg; gleichmäßige Durchdringung.
d) MaschinenUpsetzen (Machine Forging): Horizontale Upsetzmaschinen für Massenfertigung (Schrauben, Bolzen).

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Höhere Zähigkeit und Festigkeit als Guss.
• Überlegene Wechsel- und Kriechfestigkeit.
• Exzellente mechanische Eigenschaften durch Faserverlauf.
• Geringe Betriebskosten bei Serienfertigung.
• Keine hochspezialisierten Fachkräfte nötig.
• Große Formenvielfalt realisierbar.

Nachteile

• Hohe Investitionskosten für Großpressen.
• Warmgeschmiedete Teile oft nachbearbeitungspflichtig.
• Komplexe Geometrien (Hohlräume, Unterschnitte) kaum möglich.
• Teilegröße durch Pressenkapazität begrenzt.
• Spröde Werkstoffe (GussEisen, gehärteter Stahl) nicht schmiedbar.

Anwendungsbereiche

• Allgemeiner Maschinenbau (Wellen, Zahnräder, Kurbelwellen, Nockenwellen).
• Energietechnik: Turbinen- und Generatorrotoren.
• KaltSchmieden: Meißel, Schrauben, Bolzen, Niete.
• Werkzeug- und Hardwareindustrie.
• Schiffbau: strukturelle Komponenten.

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