Lektion 3.1UmformenKapitel 3 · Massivumformung

Schmieden (Freiform- und Gesenkschmieden)

Heißes Metall zwischen flachen oder geformten Werkzeugen pressen

Beim Schmieden wird ein massives Metallstück durch Pressen oder Hämmern geformt, meist während es rotglühend ist. Schraubenschlüssel, Kurbelwellen und Fahrwerksteile von Flugzeugen beginnen alle so. Das Metall wird nie geschmolzen, daher folgt sein Fasergefüge (das faserartige Muster seiner Kristalle) der Kontur des Teils, was Schmiedeteile sehr zäh macht.

Foto: F. Broer, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Schmieden: erst erwärmen, dann im Freiformgesenk oder Gesenk formenDie eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten: Schritt 2 ist der Freiformweg, die Schritte 3 bis 5 der Gesenkweg.

Schmieden (Freiform- und Gesenkschmieden) in einer Minute, von MecMade

So funktioniert es

Den Block erwärmen. Ein Rohling (ein abgelängtes Stangenstück) kommt in einen Ofen. Stahl wird meist auf etwa 1.100–1.250 °C erwärmt, bis er orangegelb glüht und weich genug zum Fließen ist.
Freiformschmieden: pressen, wenden, wiederholen. Flache Werkzeuge (gehärtete Stahlblöcke) pressen oder hämmern die heiße Stange abschnittsweise. Ein Manipulator (ein großer mechanischer Greifer) dreht und bewegt die Stange zwischen den Schlägen. Stück für Stück wird die Stange gestreckt, gebreitet oder gestaucht (kürzer und dicker gedrückt).
Gesenkschmieden: den Rohling einlegen. Für die Massenfertigung liegt der heiße Rohling auf einem Untergesenk, das als Hohlraum die halbe Form des Teils trägt. Das Obergesenk trägt die andere Hälfte.
Die Gesenke schließen. Ein Hammer oder eine Presse treibt das Obergesenk in einem bis wenigen Hüben nach unten. Das Metall fließt in jede Ecke des Hohlraums. Der Überschuss quillt zwischen den Gesenken als Grat heraus (eine dünne Finne überschüssigen Metalls).
Abgraten und fertigstellen. Eine Abgratpresse schert den Grat ab, der recycelt wird. Das Teil wird dann meist vom Zunder (der dunklen Oxidhaut) befreit, wärmebehandelt und überall dort bearbeitet, wo eine genaue Passung nötig ist.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Kohlenstoff- und legierte Stähle, Edelstahl, Aluminium, Titan, Kupferlegierungen, Nickelsuperlegierungen
Typische Teile: Kurbelwellen, Pleuelstangen, Zahnräder, Handwerkzeuge, Flansche, Turbinenscheiben, Schiffs- und Generatorwellen
Bauteilgröße: Gesenkschmieden: von einigen Gramm bis zu hunderten Kilogramm. Freiformschmieden: bis zu Wellen und Ringen von über 100 Tonnen
Präzision: Gesenkschmieden: etwa ±0,5 mm. Freiformschmieden: einige Millimeter, danach bearbeitet
Oberfläche: Raue, zunderige Haut; durch Strahlen gereinigt, wichtige Flächen werden bearbeitet
Geeignete Losgröße: Freiformschmieden: Einzelstücke bis einige Dutzend. Gesenkschmieden: tausende bis Millionen
Werkzeug- und Maschinenkosten: Gesenksätze: tausende bis zehntausende Dollar. Große Pressen und Hämmer: Millionen
Geschwindigkeit: Gesenkschmieden: Sekunden bis etwa eine Minute pro Teil. Freiformschmieden: Minuten bis Stunden pro Teil, mit Nachwärmen

Stärken und Grenzen

Stärken

Sehr fest und zäh: Das Fasergefüge folgt der Form, und es gibt keine verborgenen Löcher
Gesenkschmieden ist schnell und gut reproduzierbar für große Serien
Freiformschmieden kann riesige Teile fertigen, die nur wenige andere Verfahren schaffen
Materialeffizient: Grat und Abschnitte werden recycelt

Grenzen

Grobe Toleranzen und eine raue Haut, daher brauchen die meisten Schmiedeteile etwas Bearbeitung
Gesenke sind teuer und brauchen Wochen zur Fertigung, daher sind kleine Serien teuer
Das Erwärmen braucht viel Energie, und die Arbeit ist heiß, laut und schwer
Hohle Innenräume, Hinterschneidungen (überhängende Formen) und sehr dünne Wände sind schwierig oder unmöglich

Wo es eingesetzt wird

AutomobilbauKurbelwellen, Pleuelstangen, Zahnräder, Achsschenkel, Radnaben
Luft- und RaumfahrtFahrwerksträger, Turbinenscheiben, Triebwerksaufhängungen, Flügelbeschläge
EnergieGenerator- und Turbinenwellen, Druckbehälterringe, Ventilgehäuse, Flansche von Windkraftanlagen
Werkzeuge und BeschlägeSchraubenschlüssel, Hämmer, Zangen, Meißel
Öl, Gas und BergbauBohrmeißelkörper, Rohrflansche, schwere Haken, Kettenglieder

So erkennen Sie es

Ein dünnes Band um das Teil, wo der Grat abgetrennt wurde, oft leicht rau oder verschliffen (die Teilungsebene).
Gerundete Kanten und sanft geneigte Seiten (Formschräge, eine leichte Verjüngung, die das Teil das Gesenk verlassen lässt).
Eine dunkle oder matte, leicht narbige Haut auf unbearbeiteten Bereichen, mit blanken bearbeiteten Flächen nur dort, wo Teile zusammenpassen.
Erhabene Buchstaben oder Teilenummern, kopiert von Markierungen, die ins Gesenk geschnitten sind.

Im Vergleich mit

Sandguss1.1Gießen gießt flüssiges Metall in eine Form; Schmieden presst festes Metall, daher ist es zäher, aber in der Form weniger frei.Walzen3.2Walzen presst Metall kontinuierlich zwischen drehenden Walzen; Schmieden formt ein Stück nach dem anderen.Kaltstauchen3.5eine schnelle, kalte Version des Gesenkschmiedens für kleine Teile wie Schrauben und Bolzen.

Ansehen

Scot Forge Company · Wie eine Schmiede Metall im Freiformgesenk erwärmt, presst und wendet

Shubham Kola · Die wichtigsten Schmiedearten, nebeneinander erklärt

CFS Forge · Eine Kurbelwelle, im Gesenk geschmiedet und dann vom Grat befreit

HBEPRESS · Die schiere Größe des Freiformschmiedens an einem glühenden Block

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Schmieden — Fotos von Hämmern, Pressen und heißen Schmiedeteilen
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Schmieden presst festes, meist rotglühendes Metall in Form; nichts wird geschmolzen oder abgetragen.
Freiformgesenke formen große oder einzelne Teile Stück für Stück; Gesenke kopieren einen Hohlraum schnell für die Massenfertigung.
Wählen Sie das Schmieden, wenn ein Teil nicht brechen darf: Kurbelwellen, Fahrwerke, Handwerkzeuge.