Bei der Herstellung von Metallteilen gibt es eine Vielzahl von Verfahren, die eingesetzt werden können. Unter diesen Verfahren ist das Kaltschmieden eines der beliebtesten. Was ist Kaltschmieden und wie unterscheidet es sich von anderen Verfahren? In diesem Blogbeitrag werden diese Fragen untersucht und ein Überblick über das Kaltschmiedeverfahren gegeben. Bleiben Sie dran für zukünftige Beiträge, die einzelne Aspekte dieses Prozesses näher beleuchten!
Was ist ein Kaltschmiedeverfahren?
Das Kaltschmieden ist ein Verfahren, bei dem das Metall bei Raumtemperatur mit Hilfe von Gesenken geformt wird. Dieses Schmieden wird in der Regel für kleinere Teile verwendet, die eine hohe Präzision erfordern, wie z. B. Zahnräder oder Motorkomponenten. Das Metall wird zwischen zwei Gesenken eingelegt und dann zusammengedrückt, so dass es die gewünschte Form annimmt. Der Temperaturbereich für das Kaltschmieden liegt im Allgemeinen zwischen Raumtemperatur und 260°C (500°F).
Das Kaltschmiedeverfahren hat gegenüber anderen Metallumformungsmethoden mehrere Vorteile, darunter höhere Festigkeit und Haltbarkeit, Umweltfreundlichkeit und verbesserte Maßhaltigkeit. Darüber hinaus benötigen kaltgeschmiedete Teile oft weniger Nachbearbeitung als Teile, die mit anderen Verfahren, z. B. der maschinellen Bearbeitung, hergestellt werden. Daher ist das Kaltschmieden eine effiziente und kostengünstige Methode zur Herstellung hochwertiger Metallkomponenten.
Grundlegende Schritte
Das Kaltschmieden ist ein Verfahren, bei dem Metalle bei Umgebungstemperatur oder nahe der Umgebungstemperatur bearbeitet werden, um Teile mit einer großen Bandbreite an Formen und Größen herzustellen.
Das Verfahren kann mit verschiedenen Metallen durchgeführt werden, darunter Stahl, Aluminium, Messing und Bronze. Das Kaltschmieden von Hand kann zwar eine Option sein, wird aber meistens mit speziellen Maschinen durchgeführt.
- Vorbereitung des Metalls
Der erste Schritt im Kaltschmiedeprozess ist die Vorbereitung des Metalls für die Formgebung. Um Risse oder Brüche zu vermeiden, muss das Metall vor dem Schmieden richtig vorbereitet werden.
- Vorbereitung der Form
Anschließend wird das Metall in eine Matrize eingelegt, eine Negativform, die dem Metall die gewünschte Form gibt. Die Gesenke werden in der Regel aus Werkzeugstahl hergestellt und müssen härter sein als das zu schmiedende Metall.
- Hämmern
In diesem Schritt wird das Metall in die Matrize gehämmert oder gepresst, um die gewünschte Form zu erhalten.
- Fertigstellung
Nach dem Kaltschmieden mit dem Hammer wird das Metall aus der Form entnommen und, falls erforderlich, die Oberflächenbehandlung durchgeführt.
Arten des Kaltschmiedeverfahrens
Es gibt zwei Hauptarten des Kaltschmiedens: das Gesenkschmieden und das Walzschmieden.
- Gesenkschmieden
Das Gesenkschmieden ist die häufigste Art des Kaltschmiedens. Bei diesem Verfahren wird ein Metallrohling in ein Gesenk oder eine Form gelegt, die die gewünschte Form des Endprodukts hat. Der Rohling wird dann mit einem Hammer oder einem anderen Werkzeug geschlagen, um ihn in die Form des Gesenks oder der Form zu verformen. Je nach Konstruktion des Bauteils sind für das Schmieden ein einzelnes Gesenk oder mehrere Sätze von Gesenken erforderlich. Beim mehrstufigen Schmieden kann ein Bauteil Berst-, Blockier- und Fertiggesenke durchlaufen.
Beim Gesenkschmieden können nicht nur symmetrische Bauteile hergestellt werden, sondern auch Teile mit Löchern, Taschen und Vorsprüngen. Mit diesem Verfahren lassen sich hochwertige Bauteile zu vergleichsweise geringen Kosten herstellen. Folglich sind die Teile langlebig, haben ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und halten Ermüdung und Stößen stand.
Schmiedewalzen
Das Walzschmieden ist ein Kaltschmiedeverfahren, bei dem eine Metallstange durch eine Reihe von Walzen geführt wird, um sie in die gewünschte Form zu verformen. Bei diesem Verfahren wird die Dicke verringert und die Länge vergrößert. Die mechanischen Eigenschaften von Teilen, die durch Walzschmieden hergestellt werden, sind besser als die einiger anderer Verfahren. Dieses Verfahren wird in der Regel zur Herstellung langer, dünner Gegenstände wie Nägel oder Schrauben verwendet.
Vorteile
Das Kaltschmieden bietet verschiedene Vorteile gegenüber anderen Metallumformungstechniken.
- Der Prozess des Kaltschmiedens kann die Materialeigenschaften eines Werkstücks verbessern. Dies liegt daran, dass das Verfahren das Material durch Kaltverformung härten kann, was seine Festigkeit und Haltbarkeit erhöht.
- Durch das Kaltschmieden können auch die Toleranzen eines Werkstücks erhöht werden. Das Verfahren erzeugt Teile mit engeren Toleranzen als andere Bearbeitungsmethoden.
- Die Ausschussrate beim Kaltschmieden ist in der Regel niedriger als bei anderen Bearbeitungsmethoden. Der Grund dafür ist, dass bei diesem Verfahren relativ wenig Abfallmaterial anfällt.
- Dieses Verfahren verbraucht weniger Energie als andere Bearbeitungsverfahren und ist umweltfreundlich.
- Das Kaltschmiedeverfahren ist eine kostengünstige Herstellungsmethode. Dies liegt daran, dass das Verfahren weniger Material und Arbeitskräfte erfordert als andere Verfahren.
Beschränkungen des Kaltschmiedens
- Das Kaltschmieden ist auf bestimmte Formen beschränkt. Das liegt daran, dass das Verfahren nur Teile mit einer bestimmten Krümmung herstellen kann.
- Das Verfahren erfordert spezielle Matrizen. Diese Werkzeuge sind in der Regel teuer und erfordern ein hohes Maß an Haltbarkeit.
- Spröde Metalle wie Gusseisen eignen sich nicht gut für das Kaltschmiedeverfahren. Es funktioniert am besten mit Metallen, die duktil sind, wie Kupfer und Aluminium.
- Eine weitere Einschränkung ist die Größe des herzustellenden Teils. Das Kaltschmieden funktioniert am besten bei kleinen Teilen, da größere Teile während des Prozesses eher reißen oder brechen können.
- Die Anfangsinvestitionen für ein Kaltschmiedeprojekt sind in der Regel hoch.
Warmschmieden vs. Kaltschmiedeverfahren
Kaltschmieden und Warmschmieden sind zwei verschiedene Arten von Metallbearbeitungsverfahren. Zu den Hauptvorteilen des Kaltschmiedeverfahrens gehören eine höhere Festigkeit und Duktilität sowie eine geringere Korngröße. Zu den Vorteilen des Warmschmiedens gehören dagegen ein geringerer Werkzeugverschleiß und die Möglichkeit, komplexe Geometrien zu formen. Bei der Wahl zwischen den beiden Schmiedeverfahren ist es wichtig, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen.
- Temperatur:
Der Hauptunterschied zwischen dem Warm- und dem Kaltschmiedeverfahren besteht in der Temperatur, bei der der Prozess durchgeführt wird. Der Temperaturbereich für das Warmschmieden liegt im Allgemeinen zwischen 650°C (1200°F) und 1300°C (2400°F), während das Kaltschmieden bei Raumtemperatur oder etwas höher durchgeführt wird.
- Ausrüstung:
Das Warmschmieden erfordert eine fortschrittlichere Ausrüstung als das Kaltschmieden. Für das Warmschmieden sind Öfen und Schmiedepressen erforderlich, während für das Kaltschmieden nur eine Presse und ein Gesenk benötigt werden.
- stirbt:
Gesenke für das Warmpressschmieden werden in der Regel aus Stahl hergestellt, während Gesenke für das Kaltschmieden in der Regel aus Hartmetall oder HSS gefertigt werden.
- Materialeigenschaften:
Beim Kaltschmieden wird die Festigkeit des Werkstoffs durch Kaltverfestigung erhöht. Im Gegensatz dazu verhindert das Warmschmieden die Kaltverfestigung von Werkstoffen.
- Ausschußrate:
Bei der Warmumformung ist die Ausschussrate höher als bei der Kaltumformung. Das liegt daran, dass bei diesem Verfahren mehr Abfallmaterial anfällt.
- Kosten:
In der Regel ist das Warmschmieden teurer als das Kaltschmieden. Der Grund dafür ist der höhere Bedarf an Ausrüstung und Personal für diesen Vorgang.
Geeignete Materialien
Um für das Kaltschmieden geeignet zu sein, muss ein Werkstoff eine Reihe spezifischer Eigenschaften aufweisen. Es muss duktil sein, damit es verformt werden kann, ohne zu brechen. Außerdem muss es stark genug sein, um dem hohen Druck beim Schmieden standzuhalten. Darüber hinaus muss das Material einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisen, damit es sich leicht bearbeiten und fertigstellen lässt.
- Aluminium:
Aluminium ist ein weiches Metall und kann leicht kalt geschmiedet werden. Das Metall wird häufig zur Herstellung von Teilen mit hoher Genauigkeit verwendet.
- Messing:
Messing ist ein verformbares Metall, das kalt in eine Vielzahl von Formen geschmiedet werden kann. Metall wird häufig für die Herstellung von Zierelementen verwendet.
- Bronze:
Es ist ein sprödes Metall, das kalt zu komplizierten Formen geschmiedet werden kann. Häufig wird das Metall zur Herstellung sehr haltbarer Komponenten verwendet.
- Eisen:
Obwohl Eisen ein hartes Metall ist, kann es in viele verschiedene Formen kaltgeschmiedet werden. Aus diesem Metall werden oft hochfeste Bauteile hergestellt.
- Stahl:
Hartstahl wird auch häufig im Kaltschmiedeverfahren verwendet. Teile, die eine hohe Zugfestigkeit erfordern, werden häufig aus Metall hergestellt.
- Titan:
Titan ist ein zähes Material, das für verschiedene Kaltschmiedeprojekte verwendet werden kann. Das Metall wird häufig für die Herstellung von Gegenständen mit hoher Festigkeit verwendet.
- Kupfer:
Durch Kaltschmieden von Kupfer können hochpräzise Bauteile hergestellt werden. Es ist ein weiches Metall und wird im Allgemeinen für die Herstellung von elektrischen Kabeln verwendet.
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