Schmieden ist ein Fertigungsverfahren der Metallumformung, bei dem ein Werkstück durch Druckkräfte gezielt in eine bestimmte Form gebracht wird. Die Umformung erfolgt durch Hämmern oder Pressen, ohne dass der Werkstoff dabei aufgeschmolzen wird. Je nach Verfahren und Werkstoff wird bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen gearbeitet. Schmieden gehört zu den Druckumformverfahren und wird insbesondere zur Herstellung mechanisch beanspruchter Bauteile aus Stahl, Edelstahl, Aluminium und weiteren metallischen Werkstoffen eingesetzt.
Bedeutung bei Schmiedeteilen
Durch Schmieden lassen sich Bauteile mit anforderungsgerechter Geometrie und gezielt beeinflussten Werkstoffeigenschaften herstellen. Während der plastischen Umformung verändert sich die innere Struktur des Metalls. Je nach Umformgrad, Temperaturführung und anschließender Wärmebehandlung können sich das Gefüge und die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks verändern.
Ein charakteristisches Merkmal geschmiedeter Bauteile ist der Faserverlauf, der durch die Umformung beeinflusst wird. Bei geeigneter Prozessführung kann er an die Bauteilgeometrie und die vorgesehenen Belastungsrichtungen angepasst werden. Dies kann insbesondere bei dynamisch beanspruchten Komponenten von Vorteil sein.
Industriell gefertigte Schmiedeteile finden Verwendung im Maschinenbau, Fahrzeugbau, Anlagenbau und in der Energietechnik. Typische Anwendungen sind Wellen, Flansche, Hebel, Pleuel und Verbindungselemente.
Für Konstruktion und Beschaffung sind neben den mechanischen Eigenschaften auch die erreichbaren Maßtoleranzen, der Materialeinsatz, die Werkzeugkosten und der erforderliche Nachbearbeitungsaufwand relevant.
Schmiedeverfahren und technische Einflussfaktoren
Beim Schmieden werden verschiedene Verfahren eingesetzt, die sich hinsichtlich Werkzeugführung, Temperatur und Bauteilgeometrie unterscheiden.
- Freiformschmieden: Das Werkstück wird zwischen einfachen Werkzeugen umgeformt. Das Verfahren eignet sich besonders für große Bauteile, Einzelstücke und kleinere Serien.
- Gesenkschmieden: Der Werkstoff wird mithilfe formgebender Gesenke in die gewünschte Kontur gebracht. Das Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung wiederkehrender Bauteilgeometrien bei geeigneten Stückzahlen.
- Kaltschmieden: Die Umformung erfolgt unterhalb der Rekristallisationstemperatur, häufig bei Raumtemperatur. Dabei können hohe Umformkräfte auftreten.
- Warmschmieden: Der Werkstoff wird oberhalb seiner Rekristallisationstemperatur umgeformt. Dadurch sinkt in der Regel der Umformwiderstand.
Die Bauteilqualität hängt unter anderem von der Werkstoffzusammensetzung, der Umformtemperatur, dem Umformgrad und der Werkzeuggeometrie ab.
Beim Gesenkschmieden sind zudem eine geeignete Materialverteilung und die Auslegung der Gesenke erforderlich. Ungünstige Prozessbedingungen können beispielsweise Falten, Risse oder unvollständig ausgeformte Bereiche verursachen.
Je nach Anforderungen folgen dem Schmieden weitere Arbeitsschritte wie Wärmebehandlung, mechanische Bearbeitung und Qualitätsprüfung.
Praxisbeispiel
Ein geschmiedeter Hebel für eine Maschinenbauanwendung muss wiederkehrende Biege- und Zugbelastungen aufnehmen.
Bei der Herstellung durch Gesenkschmieden wird ein vorbereiteter Rohling erwärmt und in mehreren Umformschritten in die vorgesehene Geometrie gebracht. Die Gestaltung des Schmiedeprozesses beeinflusst den Faserverlauf und die Materialverteilung im Bauteil.
Anschließend können durch Wärmebehandlung die geforderten Werkstoffeigenschaften eingestellt werden. Funktionsflächen und Bohrungen werden bei Bedarf spanend nachbearbeitet. Maßprüfungen und gegebenenfalls Werkstoffprüfungen dienen dem Nachweis der festgelegten Qualitätsanforderungen.