Warmschmieden und Kaltschmieden sind zwei unterschiedliche Metallumformverfahren, die ähnliche Ergebnisse liefern können. Beim Schmieden wird ein Metall mit bestimmten Werkzeugen und Geräten in eine vorgegebene Form verformt. Die Verformung erfolgt durch Warmschmieden, Kaltschmieden oder sogar Warmschmieden. Letztendlich werden Hersteller viele Standards berücksichtigen, bevor sie den Schmiedetyp auswählen, der für eine bestimmte Anwendung am besten geeignet ist. Wenn die Anordnung der Kornstruktur dem Teil Richtungseigenschaften verleiht, werden die Körner durch Schmieden so ausgerichtet, dass sie den höchsten Belastungen standhalten, denen das Teil ausgesetzt ist. Im Gegensatz dazu haben Gießen und mechanische Bearbeitung typischerweise weniger Kontrolle über die Anordnung der Kornstrukturen.
Schmiedeprozess
Unter Schmieden versteht man die Bildung oder Verformung eines Metalls im festen Zustand. Viele Schmiedeprozesse werden durch Stauchen abgeschlossen, bei dem sich der Hammer oder Schlagbolzen horizontal bewegt, um gegen das Ende der Stange oder Stange zu drücken, um das Ende zu verbreitern und seine Form zu ändern. Bevor das Teil seine endgültige Form erreicht, durchläuft es in der Regel kontinuierliche Arbeitsstationen. Hochfeste Schrauben werden auf diese Weise „kaltgestaucht“. Auch das Motorventil wird durch Stauchen geformt.
Beim Gesenkschmieden wird das Teil in der Gussform in die Form des fertigen Teils gehämmert, was dem Freiformschmieden eines Schmieds sehr ähnlich ist. Dabei wird das Metall gegen den Amboss in die gewünschte Form gehämmert. Es gibt einen Unterschied zwischen Freiformschmieden und Gesenkschmieden. Beim Gesenkschmieden wird das Metall nie vollständig von der Form umschlossen. In geschlossenen oder gepressten Formen ist das geschmiedete Metall auf die Hälfte der Formen beschränkt. Durch wiederholtes Hämmern der Form wird das Metall in seine Form gebracht, und schließlich treffen die beiden Hälften der Form aufeinander. Die Energie eines Hammers kann durch Dampf oder pneumatische, mechanische oder hydraulische Mittel bereitgestellt werden. Beim echten Fallhammerschmieden drückt allein die Schwerkraft den Hammer nach unten, aber viele Systeme nutzen Kraftunterstützung in Kombination mit der Schwerkraft. Der Hammer führt eine Reihe von Schlägen mit relativ hoher Geschwindigkeit und geringer Kraft aus, um die Form zu schließen.
Beim Druckschmieden ersetzt hoher Druck die hohe Geschwindigkeit, und die Hälfte der Form wird in einem einzigen Hub geschlossen, der typischerweise durch eine Antriebsschraube oder einen Hydraulikzylinder erfolgt. Hammerschmieden wird normalerweise zur Herstellung kleinerer Teile verwendet, während Pressschmieden normalerweise für die Massenproduktion und Automatisierung eingesetzt wird. Die langsame Anwendung des Druckschmiedens bearbeitet das Innere von Teilen oft besser als das Hämmern und wird typischerweise bei großen, hochwertigen Teilen wie Titan-Flugzeugschotts angewendet. Andere spezielle Schmiedeverfahren variieren je nach diesen Grundthemen: Beispielsweise werden Lagerringe und große Zahnkränze durch einen Prozess namens Rollringschmieden hergestellt, mit dem nahtlose runde Teile hergestellt werden können.
Warmschmieden
Wenn ein Metallstück heiß geschmiedet wird, muss es stark erhitzt werden. Die durchschnittlich erforderliche Schmiedetemperatur beim Warmschmieden verschiedener Metalle beträgt:
Stahl bis 1150 Grad C
360 bis 520 Grad C für Aluminiumlegierungen
700 bis 800 Grad C (Kupferlegierung)
Beim Warmschmiedeverfahren werden Stahlbarren oder Knüppel in einem Schmiedeofen oder -ofen induktionserwärmt oder auf eine Temperatur oberhalb des Rekristallisationspunkts des Metalls erhitzt. Diese extreme Hitze ist notwendig, um eine Kaltverfestigung von Metallen während der Verformung zu vermeiden. Aufgrund des plastischen Zustands von Metall können recht komplexe Formen hergestellt werden. Metall behält Duktilität und Duktilität bei.
Um bestimmte Metalle wie Superlegierungen zu schmieden, wird eine Art Warmschmieden namens isothermes Schmieden eingesetzt. Dabei wird die Form auf etwa die Temperatur des Knüppels erhitzt, um eine Oberflächenabkühlung der Teile während des Schmiedeprozesses zu vermeiden. Das Schmieden wird manchmal in einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt, um die Bildung von Oxidzunder zu minimieren.
Traditionell entscheiden sich Hersteller zur Herstellung von Teilen für das Warmschmieden, da sich das Material dadurch in einen plastischen Zustand verformen kann, wodurch das Metall leichter bearbeitet werden kann. Warmschmieden wird auch für die Metallverformung mit hoher Umformbarkeit empfohlen, die ein Indikator dafür ist, wie viel Verformung ein Metall aushalten kann, ohne dass es zu Defekten kommt. Weitere Überlegungen zum Warmschmieden sind:
Herstellung diskreter Teile
Mittlere bis niedrige Präzision
Geringe Spannung oder geringe Kaltverfestigung
Homogene Kornstruktur
Erhöhen Sie die Duktilität
Beseitigen Sie chemische Inkompatibilität und Porosität
Zu den möglichen Nachteilen des Warmschmiedens gehören:
Weniger genaue Toleranzen
Während des Abkühlvorgangs kann sich das Material verziehen
Unterschiedliche Metallkornstrukturen
Mögliche Reaktionen zwischen der umgebenden Atmosphäre und Metallen (Skalierung)
Kaltschmieden (oder Kaltumformen)
Beim Kaltschmieden verformt sich das Metall unterhalb seines Rekristallisationspunktes. Kaltschmieden verbessert die Zugfestigkeit und Streckgrenze erheblich und verringert gleichzeitig die Duktilität. Kaltschmieden wird normalerweise nahe Raumtemperatur durchgeführt. Das bei Kaltumformungsanwendungen am häufigsten verwendete Metall ist normalerweise Standardstahl oder Kohlenstoffstahl. Beim Kaltschmieden handelt es sich in der Regel um einen geschlossenen Gesenkprozess.
Wenn es sich bei dem Metall bereits um ein weiches Metall handelt (z. B. Aluminium), wird in der Regel Kaltschmieden bevorzugt. Dieses Verfahren ist in der Regel kostengünstiger als Warmschmieden und das Endprodukt erfordert kaum eine Präzisionsbearbeitung. Manchmal wird beim Kaltumformen des Metalls in die gewünschte Form eine Wärmebehandlung durchgeführt, nachdem die restliche Oberflächenspannung entfernt wurde. Aufgrund der Verbesserung der Metallfestigkeit durch Kaltschmieden können manchmal minderwertige Materialien zur Herstellung brauchbarer Teile verwendet werden, die nicht durch maschinelle Bearbeitung oder Warmschmieden aus demselben Material hergestellt werden können.
Hersteller können sich aus verschiedenen Gründen für das Kaltschmieden gegenüber dem Warmschmieden entscheiden – weil kaltgeschmiedete Teile nur wenig oder gar keine Präzisionsbearbeitung erfordern und dieser Schritt im Herstellungsprozess normalerweise optional ist, wodurch Geld gespart wird. Kaltschmieden ist außerdem weniger anfällig für Verschmutzungsprobleme, was zu einer besseren Gesamtoberflächenbeschaffenheit der Komponenten führt. Weitere Vorteile des Kaltschmiedens sind:
Leichter zuzuordnende Richtungseigenschaften
Verbessern Sie die Reproduzierbarkeit
Erhöhen Sie die Größenkontrolle
Bewältigung hoher Belastungen und hoher Formlasten
Herstellung sauberer oder nahezu sauberer Teile
Zu den möglichen Nachteilen gehören:
Die Metalloberfläche muss vor dem Schmieden sauber und frei von Oxidablagerungen sein
Schlechte Duktilität von Metallen
Es kann zu Restspannungen kommen
Benötigen Sie schwerere und leistungsstärkere Geräte
Benötigen Sie leistungsfähigere Werkzeuge
Warmschmieden
Das Warmschmieden wird bei Temperaturen durchgeführt, die unter der Rekristallisationstemperatur, aber über der Raumtemperatur liegen, um die Nachteile zu überwinden und die Vorteile des Warm- und Kaltschmiedens zu nutzen. Die Bildung einer Oxidhaut stellt kein Problem dar und im Vergleich zum Warmschmieden kann die Toleranz geringer sein. Im Vergleich zum Kaltschmieden sind die Kosten für die Form geringer und auch der Kraftaufwand für die Herstellung ist geringer. Im Vergleich zur Kaltumformung wird die Kaltverfestigung reduziert und die Duktilität verbessert.
Anwendung
In der Automobilindustrie werden durch Schmieden Aufhängungsteile wie Umlenkhebel und Achsen sowie Antriebsstrangteile wie Pleuel und Getriebe hergestellt. Für Rohrleitungsventilschäfte, Ventilkörper und Flansche werden üblicherweise Schmiedeteile verwendet, die manchmal aus einer Kupferlegierung bestehen, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Handwerkzeuge wie Schraubenschlüssel sind meist geschmiedet, mit vielen Drahtseilen