Schmiedeteile: Einsatzgebiete, Werkstoffe, Entwicklungstendenzen Mehr als Präzisionshufeisen - KEM

Schmiedeteile: Einsatzgebiete, Werkstoffe, Entwicklungstendenzen

Mehr als Präzisionshufeisen

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Schmiedeteile – sie sind fast überall einsetzbar, ihre Formenvielfalt steigt auch heute noch an. Zudem werden sie mit einem hohen Maß an Prozesssicherheit hergestellt. Welche Toleranzen ein Schmiedeteil aufweist, hängt nicht zuletzt vom gewählten Verfahren ab. Präzisionsschmieden beispielsweise ermöglicht es, Funktions- oder Wirkflächen so herzustellen, dass ihre Genauigkeit mit spanen-den Schlichtarbeitsgängen gleichzusetzen ist.

Der Autor Ing. Werner W. Adlof ist Leiter der Informationsstelle Schmiedestück-Verwendung im Industrieverband Deutscher Schmieden e.V., Hagen

Schmiedeteile werden an besonders hoch beanspruchten Stellen nahezu aller Fahrzeuge verwendet, aber auch als Elemente vieler Maschinen und Anlagen. Flugzeuge, Schiffe oder Qualitätswerkzeuge sind ohne sie nicht vorstellbar. Deshalb weisen sie eine Formenvielfalt auf, die auch heute noch steigt: Immer komplexere Formen lassen sich wirtschaftlich herstellen. Da beim Fertigen in der Regel bereits durch Walzen verform-tes Vormaterial zum Einsatz kommt, haben Schmiedeteile ein hohes Maß an Prozesssicherheit. Diese sowie die gute Prüfbarkeit der Eigenschaften gewährleisten ihre hohe Qualitätssicherheit. Nicht zuletzt deshalb eignen sie sich für hochbeanspruchte kraft- und bewegungsübertragende Bauteile besonders gut. Die relative Produktionshöhe von Gesenkschmiedeteilen aus Stahl hat sich im Vergleich zur Fahrzeugproduktion im Inland in den letzten Jahren erhöht. Da aber der Trend zum Leichtbau geht, müsste die Produktionsmenge an Schmiedeteilen im Vergleich zu der an Fahrzeugen eigentlich sinken, was aber nicht der Fall ist. Substitutionsgewinne zugunsten des Schmiedeteils und Produktionsentwicklungen in Teilbereichen des Fahrzeugbaus sind die Ursachen hierfür.
Anwendungen von Schmiedeteilen
Es gibt Anwendungen bei denen die technische Entwicklung das Stahlschmiedeteil begüns-tigt. Das ist in erster Linie der steigende Anteil von Diesel- und die Entwicklung von direkt einspritzenden Benzinmotoren. Zudem nimmt der Anteil der V-Motoren zu und die Motoren bauen immer kürzer. Die Oberflächen geschmiedeter Kurbelwellen ertragen größere Lasten bei höherer Lebensdauer. Ein anderer Anwendungsbereich sind Pleuel für Motoren. Durch den ständig zunehmenden Einsatz bruchgetrennter Pleuelstangen – sowohl im Pkw- als auch im Nfz-Sektor – ist die kostengünstige Herstellung geschmiedeter Pleuel mit günstigen mechanischen Eigenschaften möglich.
Genauigkeit von Schmiedeteilen
Absolute Maßgenauigkeit ist beim Herstellen von Bauteilen nicht erreichbar. Jede Toleranz muss so gewählt werden, dass die Funktion gewährleistet ist. Je kleiner die verlangte Toleranz, desto größer der Herstellungsaufwand. Kleinste Toleranzen lassen sich durch spanende Bearbeitung erreichen, die jedoch im allgemeinen am teuersten ist. Günstiger sind spanlose Fertigungsverfahren, allerdings müssen die Grenzen der erzielbaren Maßgenauigkeiten beachtet werden.
Durch Kombination von spanloser und spanender Fertigung lassen sich die Vorteile beider Verfahren nutzen. Zur Entscheidung, welche Toleranzen allein durch spanlose Formgebung eingehalten werden können, ist die Kenntnis der erreichbaren Genauigkeiten erforderlich.
Für die meisten Gesenkschmiedeteile aus Stahl gilt die DIN EN 10243-1 (bisher DIN 7526). Sie enthält die Schmiedegüten F und E für Maßtoleranzen. Engere Toleranzen müssen zwischen Hersteller und Besteller vereinbart und gesondert gekennzeichnet werden.
Genauschmiedeteile, die eine um drei IT-Qualitätsstufen höhere Genauigkeit aufweisen, sparen eine spanende Bearbeitung ein. Dafür eignen sich:
– Schmieden im geschlossenen Gesenk
– axiales Gesenkwalzen
– Halbwarmumformen und
– die Kombination mit der Kaltumformung.
Die nächste Stufe sind die Präzisionsverfahren der Massiv-umformung. Hierzu ist zunächst die reine Kaltumformung zu zählen. Hohe Oberflächengüte und enge Toleranzen zeichnen die Teile aus. Allerdings werden mit diesem Verfahren hauptsächlich rota-tionssymmetrische Werkstücke wirtschaftlich hergestellt.
Präzisionsschmieden ermöglicht es, bestimmte Funktions- oder Wirkflächen einbaufertig so zu schmieden, dass die Genauigkeit mit spanenden Schlichtarbeitsgängen gleichzusetzen ist. Der erhöhte Aufwand ist dann vorzuziehen, wenn die zu erzeugenden Flächen nur durch aufwändige Zerspanverfahren herzustellen sind.
Schmiedbare Werkstoffe und Qualitätssicherung
Zum Schmieden eignen sich alle knetbaren Metalle. Stahl spielt eine besondere Rolle, da viele genormte Sorten mit unterschiedlichen Eigenschaften verfügbar sind. Diese lassen sich durch Umformen und Wärmebehandeln in weiten Grenzen beeinflussen und den verschiedensten Anforderungen anpassen. Zudem bestehen keine Entsorgungs- und Recyclingprobleme.
Nichteisenmetalle werden, gemessen an Stahl, wesentlich weniger verwendet. Technische Bedeutung haben Aluminium- und Kupferlegierungen sowie in speziellen Bereichen Titan- und Schwermetall-Legierungen.
Schmiedeteile lassen sich auf modernen Maschinen gut reproduzierbar herstellen. Die Prozessüberwachung während der Fertigung erfolgt über die Kontrolle von Produktmerkmalen und Prozessparametern, beispielsweise
– fertigungsabhängige Werkstückmaße
– Schmiedetemperatur und
– Umformkraft.
Neben maßlicher Genauigkeit werden von Schmiedeteilen auch einwandfreie Oberflächen und gleichbleibende Werkstoffqualität gefordert. Elektromagnetische Rissprüfgeräte und Wirbelstromprüfeinrichtungen sichern dies zuverlässig ab.
Entwicklungstendenzen
Die Entwicklungsarbeit der deutschen Schmiedeindustrie zielt stets darauf ab, Schmiedeteile wirtschaftlicher herzustellen, damit sie auch künftig im Wettbewerb mit konkurrierenden Verfahren bestehen können.
Wirtschaftlichkeit ist heute die Hauptforderung der Abnehmer. Wirtschaftlich ist aber nicht gleichbedeutend mit billig. Denn es geht auch beispielsweise um komplexere Bauteilformen, größere Genauigkeit, höhere Oberflächengüte, kurzfristige Lieferbereitschaft, höhere Festigkeit oder verringerte Fertigungstiefe der Abnehmerindustrie. All dies führt zu höherer Wirtschaftlichkeit des Endprodukts und Zulieferteils.
Die permanente Bauteiloptimierung erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Hersteller und Abnehmer von Schmiedeteilen. Dabei müssen beim Optimieren der Ge-stalt möglichst geringe Kosten und niedrige Masse, eine hohe Zuverlässigkeit und Nutzungs-tüchtigkeit des Bauteils erreicht werden.
Auch die Optimierung der Werkstoffsorte und der erforderlichen Wärmebehandlung ist ein wichtiger Punkt. Durch die Methoden der Randschichtbehandlung lassen sich die Schwingfestigkeit und damit die Bauteileigenschaften wesentlich verbessern. Schließlich ist die Optimierung der Endfertigung, das heißt ein möglichst geringer Aufwand an spanender Bearbeitung, zu beachten.
Ausführliche Informationen
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KEM 600
Internet
Wirtschaftliche Situation
2000 wurden in Deutschland über 2 Mio. t Stahlschmiedeteile produziert. 1,4 Mio. t davon waren Gesenkschmiedeteile. Die deutsche Gesenkschmiedeindustrie erzielte im Jahr 2000 einen Rekordabsatz – gegenüber dem Vorjahr mit einer Steigerungsrate von etwa 11 %. Einen wesentlichen Anteil daran hatte der Export, der im Jahresvergleich 2000/1999 um über 15 % zugenommen hat. Auf dem Inlandsmarkt trat eine Absatzsteigerung von 9,5 % ein.
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