Metallverarbeitung: Von der Wissenschaft zum Handwerk

Metallverarbeitung ist als Fachgebiet Wissenschaft, Hobby, Handwerk, Kunst und Industrie zugleich. Sie entwickelte sich aus der Entdeckung des Schmelzens verschiedener Erze, wodurch unterschiedliche Metalle einschließlich duktiler und formbarer Sorten hergestellt wurden. Moderne Metallbearbeitungsverfahren sind vielfältig und spezialisiert und lassen sich in verschiedene Bereiche unterteilen, die in diesem Artikel behandelt werden. In einer Werkstatt gibt es zahlreiche Werkzeugmaschinen, die präzise arbeiten und das Werkstück mühelos bearbeiten können.

Heute betrachten wir Definition, Arten, Verfahren, Vor- und Nachteile der Metallverarbeitung.

Definition der Metallverarbeitung

Metallverarbeitung ist der Prozess der Bearbeitung von Metallen zur Herstellung einzelner Teile, Baugruppen oder großformatiger Strukturen. Der Prozess ist äußerst breit gefächert – von großen Schiffen und Brücken bis hin zu präzisen Motorteilen und sogar Schrauben und Muttern.

Verschiedene Arten von Metallfacharbeitern

Maschinenbediener in der Metallverarbeitung sind Experten im Einrichten und Bedienen von Geräten, die zum Formen und Zusammenbauen von Metallprodukten verwendet werden. Da es verschiedene Bereiche gibt – etwa das Biegen von Metallteilen für Komponentengehäuse, das Montieren durch Schrauben und Muttern oder das Schweißen – sind die Aufgaben vielfältig. Dreher hingegen sind für die Herstellung verschiedener Werkstücke verantwortlich und stellen sicher, dass diese den Spezifikationen der technischen Zeichnungen entsprechen. Folgende Berufe repräsentieren die Arten von Metallfacharbeitern in verschiedenen Bereichen der Metallverarbeitung:

• Dreher (Machinist)
• Werkzeugmacher
• Schneider
• Schweißer

Metallverarbeitungsverfahren

Die Metallverarbeitung wird allgemein in drei Kategorien unterteilt: Umformen, Trennen und Fügen. Jede dieser Kategorien umfasst verschiedene Verfahren. Alle Operationen müssen entsprechend dem gewünschten Endprodukt angezeichnet und vermessen werden. Das Anzeichnen ist der Prozess der Übertragung von Entwürfen oder Mustern auf ein Werkstück und stellt den ersten Schritt in der handwerklichen Metallverarbeitung dar.

Gießverfahren:

Gießen ist der Prozess der Herstellung von Metallteilen beliebiger Form – sogar komplexer Geometrien – indem geschmolzenes Metall in eine Formkavität gegossen wird, wo es abkühlt und erstarrt. Dies geschieht ohne mechanische Kraft und kann in verschiedenen Formen durchgeführt werden, je nach den herzustellenden Teilen. Gießverfahren umfassen:

• Feinguss (Wachsausschmelzverfahren)
• Zentrifugalguss
• Druckguss
• Sandguss
• Schleuderguss
• Schalenguss

Umformverfahren

Umformverfahren dienen dazu, Metall oder Werkstücke durch Verformen zu verändern, ohne Material abzutragen. Sie erfolgen durch ein System mechanischer Kräfte oder durch Wärme beim Massivumformen.

Massivumformverfahren:

Beim Massivumformen wird das Werkstück typischerweise so weit erhitzt, dass es plastisch wird. Plastische Verformung bedeutet, dass ein Werkstück Wärme oder Druck ausgesetzt wird, um es für mechanische Kräfte formbarer zu machen. Dieser Prozess wurde historisch von Schmieden zusammen mit dem Gießen durchgeführt, doch die Weiterentwicklung der Verfahren hat sie industrialisiert. Massivumformverfahren umfassen:

• Kaltkalibrieren
• Schmieden
• Pulvermetallurgie
• Walzen
• Strangpressen
• Reibbohren
• Burnishing (Oberflächenverfestigung)
• Ziehen

Blechumformverfahren

Diese Umformverfahren können bei Raumtemperatur durch Anwendung mechanischer Kraft durchgeführt werden. Neuere Entwicklungen beinhalten jedoch das Erhitzen von Werkzeugen oder Werkstücken während der Operation. Es gab enorme Fortschritte beim Stanzen nach der Weiterentwicklung automatisierter Metallbearbeitungstechnologie. Diese Methode kann Stanzen, Biegen, Prägen und verschiedene andere unten aufgeführte Verfahren umfassen, um Metall kostengünstiger und mit weniger Ausschuss zu verformen.

• Entkrümmen
• Biegen
• Tiefziehen
• Hydroforming
• Fließpressen
• Prägen
• Heißgasumformen
• Spinnen, Scherschneiden oder Fließpressen
• Warmpresshärten
• Gummiplattenumformen
• Treiben
• Rollformen
• Rollbiegen
• Repoussé und Ziselieren
• Scheren
• Stanzen
• Superplastisches Umformen
• Wheeling (englisches Rad)

Trennverfahren:

Trennen in der Metallverarbeitung erfolgt in verschiedenen Arten, wobei Metalle durch Entfernen von überschüssigem Material in eine bestimmte Geometrie gebracht werden. Die Operation kann mit verschiedenen Werkzeugen durchgeführt werden, um ein fertiges Bauteil zu erhalten, das den Spezifikationen entspricht. Der Abfall bei der Metallbearbeitung wird als Späne oder Schrott bezeichnet.

Trennverfahren in der Metallverarbeitung fallen in zwei Hauptkategorien:

• Spanende Verfahren, bekannt als Zerspanen.
• Thermische Trennverfahren, bei denen Metall durch Oxidation des Schnittspalts getrennt wird.

Die verschiedenen Techniken zum Schneiden von Metall umfassen:

• Maschinelle Verfahren: Drehen, Bohren, Fräsen, Sägen, Schleifen
• Manuelle Verfahren: Säge, Meißel, Schere oder Blechschere – auch in anderen Bereichen außerhalb der Metallverwendung eingesetzt
• Schweiß-/Brennverfahren: Laser, Autogenbrennen, Plasmaschneiden. Weitere Technologien können verfügbar sein, dies sind die gängigsten.

Fügeverfahren

Dies ist der Prozess des Zusammenfügens von Teilen oder des Verbindens von zwei oder mehr Metallteilen. Er kann in verschiedenen Formen erreicht werden, abhängig von den zu verbindenden Materialarten.

Schweißen:

Schweißen ist ein Fertigungsverfahren, das Metalle oder Thermoplaste durch Coaleszenz (Zusammenwachsen) verbindet. Der Prozess erfolgt oft durch Aufschmelzen der Werkstücke und Erzeugen eines Schmelzbads, das zu einer festen Verbindung erstarrt. Ein Zusatzwerkstoff wird in einigen Fällen zur Naht hinzugefügt, und Druck wird manchmal in Verbindung mit Wärme eingesetzt.

Es gibt verschiedene Energiequellen für das Schweißen:

• Lichtbogen
• Gasflamme
• Laser
• Elektronenstrahl
• Ultraschall
• Reibung

Hartlöten:

Hartlöten ist ein weiteres Fügeverfahren, bei dem ein Lotmetall in einen durch die Zusammenfügung von zwei oder mehr eng anliegenden Teilen gebildeten Kapillarraum geschmolzen wird. Das Lot reagiert metallurgisch mit den Werkstücken und erstarrt im Kapillarraum, wodurch eine feste Verbindung entsteht. Bei diesem Prozess wird das Werkstück nicht geschmolzen; es ähnelt dem Weichlöten, erfolgt jedoch bei Temperaturen über 450 °C. Hartlöten erzeugt weniger thermische Spannungen als Schweißen, und die Verbindung neigt dazu, duktiler zu sein als eine Schweißnaht, da Legierungselemente nicht segregieren und ausfallen können.

Weichlöten:

Dieser Prozess erfolgt bei Temperaturen unter 450 °C. Er ähnelt dem Hartlöten, da das Lot bei niedrigerer Temperatur geschmolzen und in einen Kapillarraum gezogen wird, um die Verbindung zu bilden. Aufgrund der niedrigeren Temperatur und der unterschiedlichen Legierungen als Lot ist die metallurgische Reaktion zwischen Lot und Werkstück minimal, was die Verbindung schwächer macht.

Nieten:

Nieten ist ein Fügeverfahren der Fertigungstechnik. Es handelt sich um einen zweiköpfigen, gewindefreien Stift, der Metallteile zusammenhält. Bohrungen müssen durch die zu verbindenden Teile gebohrt oder gestanzt werden. Die ausgerichteten Bohrungen ermöglichen das Durchführen des Niets, und mit einer Nietpistole wird die Operation durchgeführt; manche nutzen Hammer und Formwerkzeuge (entweder durch Kalt- oder Warmumformen).

Wärmebehandlungsverfahren

Dieser Prozess ist kein primäres Metallbearbeitungsverfahren, wird jedoch häufig vor oder nach der Metallbearbeitung durchgeführt.

Die Wärmebehandlung wird an Metallen durchgeführt, um deren Eigenschaften durch Erhitzen mit dem gewünschten Abkühlprozess zu verändern. Metalle werden wärmebehandelt, um Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Duktilität oder Korrosionsbeständigkeit zu verändern. Wärmebehandlungsverfahren umfassen:

• Glühen
• Ausscheidungshärten
• Abschrecken
• Anlassen

Anwendungen der Metallverarbeitung

Nachfolgend sind die Anwendungen der Metallverarbeitung in verschiedenen Bereichen aufgeführt.

Vor- und Nachteile der Metallverarbeitung

Vorteile

Die folgenden Punkte repräsentieren die Vorteile der Metallverarbeitung und geben Gründe für die Wahl dieses Fachgebiets:

• Hergestellte Produkte halten Jahrzehnte
• Hohe Kosteneffizienz bei langfristiger und hochvolumiger Produktion
• Hohe Hitzebeständigkeit
• Metallverarbeitung ist breit gefächert
• Materialien sind fest
• Menschen können nicht ohne Metallverarbeitung
• Metallverarbeitung produziert Dekorationsgegenstände
• Metallverarbeitung ist eine Industrie

Nachteile

Trotz der großen Vorteile der Metallverarbeitung können einige Nachteile auftreten. Folgendes sind die Limitationen:

• Erfordert qualifiziertes Personal in allen Bereichen
• Ein Projekt dauert meist lange
• Hohe Einstiegskosten
• Im Arbeitsbereich muss große Sorgfalt walten
• Man muss die verschiedenen Maschinen vor der Nutzung kennen

Das war es zu diesem Artikel „Alles, was Sie über Metallverarbeitung wissen müssen“. Ich hoffe, Sie haben die Lektüre genossen. Falls ja, kommentieren, teilen und schauen Sie sich weitere interessante Beiträge an. Danke!