Industrie-Lexikon

Präzisionsschmieden

Das Genauschmieden und Pr√§zisionsschmieden sind Varianten des Gesenkschmiedens ohne Grat mit erh√∂hter Genauigkeit der gefertigten Bauteile. Sie zielen darauf ab, nachfolgende Prozessschritte wie das Spanen auszulassen, um so den erh√∂hten Aufwand f√ľr die Schmiedeprozesse zu rechtfertigen. Vom Genauschmieden spricht man, wenn die Genauigkeit der Werkst√ľcke zwei ISO-Toleranzklassen besser ist als beim konventionellen Gesenkschmieden, also etwa IT10 oder 11. Einzelne Funktionsfl√§chen bed√ľrfen dann oft keiner Nachbearbeitung und sind einbaufertig. Vom Pr√§zisionsschmieden spricht man ab Qualit√§ten von IT8 bis 9, in Sonderf√§llen ist auch IT6 erreichbar.

Um die erforderlichen Genauigkeiten zu erreichen, darf die Masse des Rohteils nur sehr wenig schwanken. Au√üerdem sind eine genaue Temperaturf√ľhrung erforderlich, genaue Werkzeuge und eine gleichm√§√üige Schmierung. Anstelle der √ľblichen Gesenkschr√§gen werden Auswerfer benutzt.

Typische Pr√§zisionsschmiedeteile sind Zahnr√§der und Wellen aus Stahl f√ľr die Automobilindustrie. Es wird meistens als Warmumformen f√ľr Massen- oder Gro√üserienteile angewendet, um die hohen Kosten f√ľr die Gesenke auf m√∂glichst viele Werkst√ľcke zu verteilen.

Ziele und Vorteile
Das Genau- und Pr√§zisionsschmieden zielt vor allem auf eine Verk√ľrzung der Prozesskette zum fertigen Produkt ab. In der konventionellen Prozesskette wird nach dem Gesenkschmieden mit Grat das Werkst√ľck einer W√§rmebehandlung unterzogen, um eine nachfolgende spanende Fertigung zu erm√∂glichen. Danach folgen das H√§rten und die Feinbearbeitung (h√§ufig Schleifen). Beim Pr√§zisionsschmieden kann die spanende Fertigung entfallen. Daher kann auch die Schmiedew√§rme zum H√§rten und Verg√ľten genutzt werden, was die Prozesskette zus√§tzlich verk√ľrzt. Als weiterer Vorteil ergeben sich geringere Materialkosten. Einerseits wird das in Form von Sp√§nen abgetrennte Material eingespart, andererseits k√∂nnen durch einen g√ľnstigen Faserverlauf durch den Schmiedeprozess die Bauteile kleiner ausgelegt werden, da sie √ľber eine erh√∂hte Festigkeit verf√ľgen. Daher ist das Pr√§zisionsschmieden auch f√ľr den Leichtbau von Interesse. Weiter ergeben sich neue Gestaltungsm√∂glichkeiten bez√ľglich Funktion und Belastbarkeit daraus, dass keine Zustellwege und kein Werkzeugauslauf f√ľr die spanende Fertigung n√∂tig sind.

Anforderungen an den Prozess
In allen Prozessschritten werden erh√∂hte Genauigkeitsanforderungen gestellt, da der Prozess empfindlich auf Schwankungen reagiert. Dies betrifft die Auslegung und Fertigungsgenauigkeit der Gesenke, das Volumen der Rohteile, ihre Temperatur und die Gesenke wegen der W√§rmedehnung, die Werkzeugf√ľhrung und die Reproduzierbarkeit des gesamten Prozesses.

Bauteilespektrum
Ein Gro√üteil der Gesenkschmiedeteile geht an die Automobil-Industrie und wird f√ľr Getriebeteile wie Zahnr√§der, Kurbelwellen und Ritzelwellen eingesetzt. Da die spanende Fertigung dieser Bauteile besonders aufwendig ist, ergeben sich hier gr√∂√üere Einsparungen. Auch werden damit Turbinenschaufeln gefertigt und verschiedene Teile f√ľr die Flugzeugindustrie wie Fensterrahmen.

Werkstoffspektrum
Zu 97 % werden St√§hle genutzt, da sie eine gute Umformbarkeit im kalten und warmen Zustand aufweisen. Dazu z√§hlen Baust√§hle, legierte Schmiedest√§hle, Einsatzst√§hle, und Verg√ľtungsst√§hle.


Werkzeugtechnik

Schließkonzepte
Um ein Abfließen des Werkstoffes aus dem Gesenk zu verhindern, sind verschiedene Schließkonzepte im Einsatz. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines Stempels, der genau in die Matrize passt. Falls sich der Stempel während der Umformung dreht, kann man damit auch schräg verzahnte Zahnräder herstellen. Eine andere Möglichkeit ist ein Gesenk, das auf Federn gelagert ist (sogenannte schwimmende Matrize). Nach Einlegen des Rohlings wird das Gesenk durch eine Platte (Oberstempel) geschlossen. Die Umformbewegung erfolgt dann durch den Unterstempel.

Volumenausgleich
Das Formf√ľllungsverhalten und die erreichbaren Genauigkeiten h√§ngen wesentlich vom Volumen der Rohteile ab. Die Schwankung muss unter 0,5 % liegen. In der industriellen Praxis ist es √ľblich, Rohmaterial von Stangen oder sonstigen Halbzeugen mittels Scherschneiden abzutrennen, was eine Genauigkeit von h√∂chstens ¬Ī1 % erlaubt. Bei zu kleinen Volumen wird die Form nicht vollst√§ndig gef√ľllt, bei zu gro√üen kann sich ungewollt ein Grat bilden oder das Werkzeug gesch√§digt werden. Auch die Lage und Orientierung der Rohlinge im Gesenk haben Auswirkungen auf den Prozess. Daher werden Konturen im Werkzeug verwendet, um die Rohlinge immer gleich zu positionieren. Das schwankende Volumen kann durch Werkzeug-, Prozess- oder Maschinenl√∂sungen ausgeglichen werden. √úbersch√ľssiges Material kann im Werkzeug in Ausgleichsr√§umen aufgenommen werden. Diese m√ľssen jedoch an Stellen platziert werden, die die Funktion des Bauteils nicht beeintr√§chtigen. Prozessseitig kann die Volumen√§nderung durch Umformen in mehreren Schritten erfolgen. Der Rohling weist dann einen kleinen Volumen√ľberschuss auf und wird im ersten Schritt konventionell gefertigt durch Gesenkschmieden mit Grat, der anschlie√üend abgetrennt wird. Im letzten Schritt erfolgt dann das eigentliche Pr√§zisionsschmieden. Maschinenseitig kann ein Kraftmesser integriert werden, der die Umformkraft misst und bei √úberschreiten einer Grenze den Kraftfluss unterbricht.

Mehrdirektionales Schmieden
Auch durch mehrdirektionales Schmieden können Volumenschwankungen ausgeglichen werden. Hierbei wird die senkrechte Stößelbewegung durch mechanische Elemente in die Waagrechte umgelenkt

Quelle: Wikipedia

 

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