Das Gesenkschmieden an sich ist ein Warm-Massivumformverfahren. Nach DIN 8583 gehört es zu den Druckumformverfahren mit gegeneinander bewegten Formwerkzeugen, wobei der Werkstoff in eine bestimmte Richtung gedrängt wird und die Form der im Gesenk vorhandenen Gravuren annimmt. Dabei wird das Rohteil (je nach Legierungszusätzen) auf ca. 1200 °C erwärmt und über mehrere Zwischenformen zum fertigen Werkstück umgeformt.
Als Werkstoff können nahezu alle knetbaren Stähle und Nichteisenmetalle zur Herstellung eines Gesenkschmiedestückes verwendet werden. Jedoch ist für das Gesenkschmieden der wichtigste Werkstoff Stahl. Er lässt sich durch Legierungszusätze und Wärmebehandlung unterschiedlichen Anforderungen an Härte, Streckgrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Zähigkeit, Dauerschwingfestigkeit, Warmfestigkeit, Zerspanbarkeit und Korrosionsbeständigkeit anpassen.
Schmiedeteile sind vielseitige, sichere und wirtschaftliche Bauteile zur Übertragung von Kräften und Bewegungen. Das wichtigste ist aber, dass Schmiedeteile durch andere Fertigungsverfahren hergestellte Bauteile ersetzt werden können. Dies ist oft der Fall, wenn die Sicherheit im Vordergrund steht oder die werkstoffspezifische Überlegenheit genutzt werden soll. Diese Überlegenheiten stellen sich als eine hohe Festigkeit und einen günstigeren Faserverlauf dar. Allerdings sind den Gestaltungsmöglichkeiten und auch den Einsatzgebieten natürlich gewisse Grenzen gesetzt. Diese gilt es gegeneinander abzuwägen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Geschichtliche Entwicklung
1.2 Technische und wirtschaftliche Bedeutung
2 Grundlagen
3 Werkstoffe
3.1 Definition
3.2 Vergleich des Umformverhaltens der Werkstoffe
3.3 Werkstoffarten
3.3.1 Unlegierte und legierte Baustähle
3.3.2 Nichtrostende Stähle
4 Unterteilung und Anwendung des Verfahrens
4.1 Übersicht über die Verfahren
4.2 Gesenkschmieden von der Stange (mit teilweise umschlossenem Werkstück)
4.2.1 Definition
4.2.2 Formrecken
4.2.3 Reckstauchen
4.2.4 Formrundkneten
4.2.5 Schließen im Gesenk
4.2.6 Formstauchen
4.3 Gesenkschmieden vom Stück (mit ganz umschlossenem Werkstück)
4.3.1 Definition
4.3.2 Anstauchen im Gesenk
4.3.3 Formpressen ohne Grat
4.3.4 Formpressen mit Grat
4.3.5 Gesenkdrücken
4.4 Gesenkschmieden vom Spaltstück
5 Arbeitsgänge und Arbeitsberechnungen
5.1 Arbeitsablauf beim Gesenkschmieden
5.2 Vorgänge im Gesenk
5.2.1 Definition
5.2.2 Stauchen
5.2.3 Breiten
5.2.4 Steigen
5.3 Materialeinsatzmasse mA
5.4 Berechnung des Grateinflusses
5.5 Kraft und Arbeitsberechnung
5.5.1 Umformgeschwindigkeit w0 zu Beginn
5.5.2 Mittlere Umformgeschwindigkeit wm
5.5.3 Formänderungswiderstand kwa zu Beginn der Umformung
5.5.4 Formänderungswiderstand kwe am Ende der Umformung
5.5.5 Maximale Presskraft F
5.5.6 Formänderungsarbeit W
6 Werkzeuge zum Gesenkschmieden
6.1 Prozessspezifische Unterscheidung
6.1.1 Vorformen
6.1.2 Zwischenformen
6.1.3 Entgraten
6.1.4 Endformen
6.2 Arten und Benennungen
6.3 Belastungen der Gesenke
6.3.1 Thermische Beanspruchung
6.3.2 Mechanische Beanspruchung
6.3.3 Tribologische Beanspruchung
6.3.4 Chemische Beanspruchung
6.4 Gesenkschäden
6.5 Schmieren von Gesenken
6.5.1 Aufgaben der Schmierung
6.5.2 Anforderungen der Schmierstoffe
6.6 Kühlen von Gesenken
6.7 Treibmittel
6.8 Herstellung von Gesenken
7 Gesenkschmiedemaschinen
7.1 Hauptunterschiede der Gesenkschmiedemaschinen
7.1.1 Weggebunden
7.1.1.1 Senkrechte Arbeitsbewegung
7.1.1.2 Waagrechte Arbeitsbewegung
7.1.1.3 Rotatorische Arbeitsbewegung
7.1.2 Kraftgebunden
7.1.2.1 Senkrechte Arbeitsbewegung
7.1.3 Arbeit- bzw. Energiegebunden
7.1.3.1 Senkrechte Arbeitsbewegung
7.1.3.2 Waagrechte Arbeitsbewegung
7.2 Bauarten
7.2.1 Exzenterschmiedepressen (Maximapressen)
7.2.2 Keilpressen
7.2.3 Spindelpressen
7.2.3.1 Funktionsweise der Spindelpressen
7.2.3.2 Funktionsweise der Kupplungs-Spindelpressen
7.2.3.3 Betriebsvorgänge bei Kupplungs-Spindelpressen
7.2.3.4 Der grundsätzliche Unterschied
7.2.3.5 Eigenschaften der Kupplungs-Spindelpressen
7.2.3.6 Spindelpressentypische Eigenschaften
7.2.3.7 Gesenkschmieden in Reihe
7.2.3.8 Das Verhältnis zu Schmiedepressen mit Kurbeltrieb
7.2.4 Hydraulische Pressen
7.2.5 Hämmer
7.2.6 Reckwalzen
7.2.7 Elektro-Stauchmaschinen
8 Wärmen von Gesenkschmieden
9 Gestaltung von Gesenkschmiedeteilen
10 Fertigungsbeispiele von Gesenkschmiedeteilen
11 Zusammenfassung auf Deutsch
12 Zusammenfassung auf Englisch
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über das Verfahren des Gesenkschmiedens von Stahl, von den historischen Grundlagen über die eingesetzten Werkstoffe und Werkzeuge bis hin zur Berechnung der für den Schmiedeprozess notwendigen Kräfte und Arbeitswerte. Ziel ist es, ein tiefgreifendes Verständnis für die technologischen und wirtschaftlichen Aspekte dieses Massenfertigungsverfahrens zu vermitteln.
- Historische Entwicklung des Schmiedens bis hin zur modernen Industriefertigung.
- Charakterisierung und Vergleich verschiedener für das Gesenkschmieden geeigneter Werkstoffe.
- Detaillierte verfahrenstechnische Unterteilung des Gesenkschmiedens.
- Methodik zur Berechnung von Umformkraft, Arbeitsbedarf und Materialeinsatzmasse.
- Konstruktive Aspekte und Einsatzbereiche von Gesenkschmiedemaschinen.
Auszug aus dem Buch
1.1 Geschichtliche Entwicklung
Die Wurzeln des Gesenkschmiedens reichen mehrere Jahrtausende zurück. Die erste Wurzel ist das Schmieden von Eisen schlechthin; sie lässt sich bis auf die Anfänge der Eisengewinnung in Rennfeuern mit dem Ausschmieden der Luppen zu Stäben und deren Weiterverarbeitung zu Waffen, Schmuck und Gerät zurückführen. Dafür wurde die ganze Kraft und Geschicklichkeit des Schmiedens eingesetzt. Dieses wurde damals hoch angesehen. In der griechischen Mythologie ist der Schmied zum Gott Hephaistos geworden; aus der germanischen ist der mit übermenschlichen Fähigkeiten ausgestattete Wieland bekannt. Eine weitere Grundlage geht auf die Münztechnik zurück. Erste Vorläufer unserer heutigen Gesenke sind die antiken einseitigen Steinhohlformen zum Prägen von Gold- und Silberblechen für die Schmuckherstellung (Mykene und Kreta ab 1600 v. Chr.). Ab 800 v. Chr. werden die Münzen mit einseitiger Prägung in ähnlichen Formen gefertigt, und ab 600 v. Chr. sind die ersten Bronzewerkzeuge überliefert.
Um 200 n. Chr. verwandte man in Rom bereits ein geschlossenes Münzgesenk zur Doppelprägung mit quadratischer Führung des Oberstempels. Im Mittelalter handhabte man sich einseitiger, flacher Gesenke zum Schmieden ornamentaler Eisenteile (etwa 1250 n. Chr.). Rollgesenke zum Schmieden von Perldraht wurden schon früher (980 n. Chr.) von Theophilus Presbyter beschrieben. Im ausgehenden Mittelalter dienten Rollgesenke häufig zum Schmieden von Kanonen- und Arkebusenkugeln von der Stange oder zum Überschmieden geschweißter Läufe. Die Gesenke in heutiger Form sind allerdings erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts zu finden. Sie waren für das Gesenkschmieden im modernen Sinne erst zu dieser Zeit zu verwenden, nachdem geeignete Maschinen, Fallhämmer mit geführtem Bären (etwa um 1750), zur Verfügung standen. Diese Gesenke gehen auf die Pfahlrammen zurück. Im Mittelalter waren auch schon Fallhammerbauarten zum Prägen von Münzen bekannt (Leonardo Da Vinci).
Sämtliche Grundlagen des Schmiedens von Stahl wuchsen im Wesentlichen erst im Laufe des 19. Jahrhunderts zusammen und begründeten das Arbeitsverfahren des Gesenkschmiedens.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die historische Herkunft des Schmiedens und die Entwicklung zum industriellen Gesenkschmieden.
2 Grundlagen: Definiert das Gesenkschmieden als Warm-Massivumformverfahren und erläutert den prinzipiellen Arbeitsablauf.
3 Werkstoffe: Behandelt die verschiedenen für das Schmieden geeigneten Metalle und analysiert deren spezifisches Umformverhalten.
4 Unterteilung und Anwendung des Verfahrens: Kategorisiert die verschiedenen Gesenkschmiedeverfahren nach der Art der Ausgangsform und Werkstückumschließung.
5 Arbeitsgänge und Arbeitsberechnungen: Detailliert die physikalischen Vorgänge im Gesenk und liefert Formeln zur Berechnung von Umformkraft und Energiebedarf.
6 Werkzeuge zum Gesenkschmieden: Analysiert die Arten, Belastungen und Instandhaltung von Gesenken unter Berücksichtigung tribologischer Aspekte.
7 Gesenkschmiedemaschinen: Vergleicht verschiedene Maschinentypen wie Pressen und Hämmer hinsichtlich ihrer Arbeitsweise und Eignung.
8 Wärmen von Gesenkschmieden: Erläutert die Bedeutung der Erwärmung des Ausgangsmaterials als notwendiger Prozessschritt.
9 Gestaltung von Gesenkschmiedeteilen: Gibt Regeln für die konstruktive Auslegung von Schmiedeteilen gemäß DIN-Normen vor.
10 Fertigungsbeispiele von Gesenkschmiedeteilen: Demonstriert anhand von praktischen Beispielen die Vorteile des Gesenkschmiedens gegenüber anderen Fertigungsverfahren.
Schlüsselwörter
Gesenkschmieden, Umformtechnik, Stahl, Massenfertigung, Umformkraft, Werkzeugbelastung, Schmiedegesenk, Warmumformung, Massenverteilung, Gratbildung, Pressmaschine, Induktionserwärmung, Materialfluss, Schmiedetemperatur, Faserverlauf.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die technologischen Grundlagen und die industrielle Anwendung des Gesenkschmiedens von Stahl als effizientes Massenproduktionsverfahren.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Schwerpunkte liegen auf der Materialkunde, den verschiedenen Verfahrensvarianten (z. B. Stangen- oder Stückschmieden), der Berechnung von Prozessgrößen sowie der Gestaltung und Belastung von Schmiedewerkzeugen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Vermittlung fundierter Kenntnisse über das Gesenkschmieden, um eine optimale Werkzeugauslegung und Prozessgestaltung zu ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es handelt sich um eine technologisch-analytische Arbeit, die auf physikalischen Grundgleichungen der Massivumformung, DIN-Normen und empirischen Richtwerten für Umformprozesse basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die verfahrenstechnische Unterteilung, die Berechnung des Kraft- und Arbeitsbedarfs, die Spezifikationen der Werkzeuge sowie eine detaillierte Gegenüberstellung verschiedener Schmiedemaschinen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Gesenkschmieden, Massenfertigung, Umformkraft, Materialfluss und Schmiedegesenk charakterisieren.
Wie unterscheidet sich das Schmieden vom Stück vom Schmieden von der Stange?
Beim Schmieden von der Stange erfolgt die Trennung vom Rohmaterial erst nach dem Schmiedevorgang am letzten Stück, während beim Schmieden vom Stück ein vorab abgelängter Rohling (Stangenabschnitt) als Ausgangsbasis dient.
Warum ist das Verständnis von Schwindmaßen beim Gesenkschmieden wichtig?
Da Metalle beim Erkalten nach dem Schmieden ihr Volumen verringern, müssen Schwindmaße bereits bei der Konstruktion der Gravur berücksichtigt werden, um die geforderte Maßgenauigkeit am abgekühlten Endteil zu erzielen.
- Arbeit zitieren
- B. Eng. (FH) Michael Reichel (Autor:in), 2003, Gesenkschmieden von Stahl, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/29476
