Gesenkschmieden
Das Gesenkschmieden gehört zur Gruppe der Umformverfahren. In der Industrie findet es vor allem Anwendung für die automatisierte Fertigung von Bauteilen aus Metall, die dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Kennzeichnend für das Verfahren ist der Einsatz von mindestens zwei formgebenden Werkzeugen, oder Gesenken, die sich gegeneinander bewegen.
Das Umformen mittels Gesenken ist die in der industriellen Praxis am weitesten verbreitete Schmiedemethode. Das Verfahren zeichnet sich durch die gute Stoffausnutzung aus, die Gesenkschmiedeteile durch das vorteilhafte Verhältnis zwischen Gewicht und Festigkeit. Vom ebenfalls weit verbreiteten Freiformschmieden hebt sich das Verfahren durch die überlegene Dimensionsgenauigkeit ab.
Betriebe für Gesenkschmieden finden
Verfahrensgrundlagen
Als Warmmassivumformverfahren beruht das Gesenkschmieden darauf, dass die Gesenke Druck auf den metallischen Werkstoff auswirken und ihn so in eine spezifische Richtung drängen. Auf diese Weise erhält das Material die in den Gesenken als Negativ abgebildete Geometrie. Diese Kavitäten in den Gesenken werden als Gravuren bezeichnet. Die Umformtemperatur beim Gesenkschmieden liegt meist oberhalb der Austenitisierungstemperatur des Werkstoffs. Bei Verfahrensvarianten werden die Ausgangsrohlinge aber ebenfalls bei Raumtemperatur oder knapp unterhalb der Rekristallisationstemperatur verarbeitet. Zwar können Rohlinge aus Blech zum Einsatz kommen, doch weil auch diese zu dreidimensionalen Körper umgeformt werden, spricht man beim Gesenkschmieden von einem Massivumformverfahren.
Der typische Verfahrensablauf lässt sich in folgende Phasen gliedern:
- Erwärmung
Unter Einsatz verschiedener Erwärmungsanlagen wird der Rohling auf die jeweils erforderliche Umformtemperatur erhitzt.
- Vorumformung
Dieser Schritt ist nicht immer notwendig. Hier erfolgt die Annäherung der Masseverteilung des Rohteils an die endgültige Form mittels Freiformschmieden.
- Schmieden
Das Werkstück befindet sich nun im Gesenk, wo in der Regel mehrere Hübe oder Schläge von Schmiedepresse oder Hammer die eigentliche Umformung vornehmen.
- Abgraten und Lochen
Dieser Schritt dient zum Entfernen überschüssigen Materials, das entlang des Gratspalts zwischen den Gesenken austritt. Wenn es die Werkstückgeometrie erfordert, wie beispielsweise bei einem Pleuel, wird das Schmiedeteil zudem gelocht.
- Nachformen
Das Nachdrücken kann am kalten und am warmen Rohteil erfolgen und erzielt eine Steigerung der geometrischen Genauigkeit.
- Wärmebehandlung oder Vergüten
In diesem Schritt erhält das Schmiedeteil eine thermische Behandlung zur gezielten Einstellung der Materialeigenschaften.
- Entzundern
Hier werden Rückstände aus der vorangegangen Bearbeitung vom Schmiedeteil entfernt.
Einsatz des Gesenkschmiedens
Als hoch produktives Fertigungsverfahren für die Herstellung komplexer Bauteile hat das Gesenkschmieden einen besonderen Stellenwert in der industriellen Produktion. Verantwortlich dafür ist neben dem hohen Ausnutzungsgrad des Einsatzmaterials die für das Schmieden typische Gefügestruktur. Dabei folgt der Faserverlauf der Form des Bauteils, was für eine hohe Festigkeit sorgt. Den Ablauf des meist hoch automatisierten Umformprozesseses kennzeichnen kurze Prozesszyklen.
Die hauptsächlichen Abnehmer für Gesenkschmiedeerzeugnisse finden sich in Branchen, in denen gewichtsoptimierte Bauteile hohen dynamischen Belastungen unterliegen:
- Automobilindustrie
- Zweiradindustrie
- Maschinenbau
- Bahnindustrie
- Schiffsbau
- Flugzeugbau
Daneben werden auch Schmiedeteile mit geringeren Anforderungen mittels Gesenkschmieden produziert, beispielsweise Handwerkzeuge wie Schraubenschlüssel, Zangen und Hämmer.
Das Gesenkschmieden ist mit einem erhöhten Aufwand für die Werkzeugerstellung sowie hohen Investitionen in automatische Schmiedeanlagen verbunden. Für die Großserienproduktion hat sich die weniger energieintensive Variante des Gesenkschmiedens als Halbwarmumformung durchgesetzt. Es ermöglicht eine bessere Gefügestruktur und engere Fertigungstoleranzen. Daneben steht eine Verfahrensvariante für Anwendungen mit erweiterten Anforderungen an die Maßhaltigkeit zur Verfügung: Beim Präzisionsschmieden kann oft auf eine spanende Nachbearbeitung verzichtet werden.
Werkstoffe für das Gesenkschmieden
Für das Gesenkschmieden eignen sich grundsätzlich alle Metalle, die nach ihrer Erwärmung knetbar sind. Dazu zählen unter anderem die folgenden Nichteisenmetalle und Stähle, auch als Legierungen:
- Stahl
- Edelstahl
- Magnesium
- Kupfer
- Messing
- Aluminium
Darüber hinaus kommen vermehrt spezielle Nickelbasis- und Titanlegierungen zum Einsatz. Die voranschreitende Entwicklung von Spezialwerkstoffen mit ausgeprägtem Umformvermögen für die Warmmassivumformung verspricht die Verkürzung der Produktionsketten und damit die Steigerung der Produktivität. Auf technischer Seite erlauben spezielle Leichtbauwerkstoffe und hybride Werkstoffverbunde sowie darauf abgestimmte Verfahrensparameter perspektivisch ein noch besseres Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht der Bauteile.
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