Freiformschmieden ist ein Verfahren der Druckumformung, bei dem metallische Werkstücke zwischen offenen Werkzeugen schrittweise verformt werden. Anders als beim Gesenkschmieden gibt keine geschlossene Werkzeugkontur die vollständige Bauteilform vor. Die gewünschte Geometrie entsteht durch wiederholte Press- oder Hammerschläge sowie durch gezieltes Verschieben und Drehen des Werkstücks. Das Verfahren wird überwiegend bei erhöhten Temperaturen eingesetzt und eignet sich besonders für große Bauteile, Einzelstücke und kleine Serien.
Bedeutung bei Schmiedeteilen
Das Freiformschmieden ermöglicht die Herstellung von Schmiedeteilen mit unterschiedlichen Abmessungen und vergleichsweise einfachen Grundgeometrien. Typische Erzeugnisse sind Wellen, Achsen, Scheiben, Ringe und größere Schmiederohlinge.
Ein wesentlicher Vorteil liegt in der flexiblen Formgebung. Da keine bauteilspezifischen, vollständig formgebenden Gesenke erforderlich sind, lassen sich Abmessungen und Querschnitte mit vergleichsweise geringem Werkzeugaufwand anpassen. Das macht das Verfahren besonders für Einzelanfertigungen und geringe Stückzahlen interessant.
Durch die plastische Umformung werden das Werkstoffgefüge und der Faserverlauf beeinflusst. Abhängig von Werkstoff, Umformgrad und Temperaturführung können sich günstige mechanische Eigenschaften ergeben. Eine anschließende Wärmebehandlung kann die geforderten Eigenschaften gezielt einstellen.
Für Konstruktion und Einkauf ist zu berücksichtigen, dass freiformgeschmiedete Rohteile meist größere Maßabweichungen und Bearbeitungszugaben aufweisen als vergleichbare Gesenkschmiedeteile. Funktionsflächen und genaue Passungen werden deshalb häufig durch spanende Nachbearbeitung hergestellt.
Verfahrensablauf und technische Eigenschaften
Beim industriellen Freiformschmieden wird der erwärmte Rohling zwischen Schmiedesätteln einer Presse oder eines Hammers bearbeitet. Die Formgebung erfolgt in mehreren Umformschritten.
Typische Umformoperationen sind:
- Recken: Verlängerung des Werkstücks bei gleichzeitiger Verringerung des Querschnitts.
- Stauchen: Vergrößerung des Querschnitts durch Verkürzung des Werkstücks.
- Absetzen: Herstellung unterschiedlicher Querschnitte entlang eines Werkstücks.
- Breiten: Vergrößerung der Werkstückbreite bei entsprechender Verringerung anderer Abmessungen.
Die Prozessführung richtet sich nach Werkstoff, Ausgangsgeometrie und geforderten Bauteileigenschaften. Besonders wichtig sind eine geeignete Schmiedetemperatur, ausreichende Umformung und die Kontrolle des Abkühlverlaufs.
Grenzen bestehen bei komplexen, endkonturnahen Geometrien und engen Maßtoleranzen. Für größere Serien geometrisch anspruchsvoller Bauteile kann das Gesenkschmieden wirtschaftlicher sein.
Praxisbeispiel
Eine große Antriebswelle mit mehreren Durchmesserstufen kann aus einem Stahlrohling freiformgeschmiedet werden. Zunächst wird der erwärmte Rohling durch Recken auf die erforderliche Länge gebracht. Anschließend entstehen durch gezieltes Absetzen die unterschiedlichen Wellenabschnitte.
Nach dem Schmieden erfolgen abhängig von den Anforderungen eine Wärmebehandlung und die spanende Bearbeitung der Lager- und Passflächen. So entsteht aus einem vergleichsweise einfach geformten Schmiederohling eine Welle mit definierten Abmessungen und mechanischen Eigenschaften.