Beim Schmieden handelt es sich um eine Verarbeitungsmethode, bei der mithilfe von Schmiedemaschinen Druck auf Metallbarren ausgeübt wird, wodurch diese einer plastischen Verformung unterzogen werden, um Schmiedestücke mit bestimmten mechanischen Eigenschaften, Formen und Größen zu erhalten. Es ist einer der beiden Hauptbestandteile des Schmiedens (Schmieden und Stanzen). Durch das Schmieden können Fehler wie Gussporosität beim Schmelzprozess von Metallen beseitigt, die Mikrostruktur optimiert und aufgrund der Erhaltung vollständiger Metallflusslinien die mechanischen Eigenschaften von Schmiedestücken im Allgemeinen besser sein als die von Gussstücken aus demselben Material. Wichtige Teile in entsprechenden Maschinen mit hohen Belastungen und harten Arbeitsbedingungen, mit Ausnahme einfacher Formen, die zu Platten, Profilen oder Schweißteilen gewalzt werden können, bestehen größtenteils aus Schmiedeteilen.
Die Verformungstemperatur von Schmiedematerialien
Die anfängliche Rekristallisationstemperatur von Stahl wird durch 800 °C geteilt, wobei das Warmschmieden oberhalb von 800 °C erfolgt; Das Schmieden zwischen 300 und 800 °C wird als Warmschmieden oder Halbwarmschmieden bezeichnet, und das Schmieden bei Raumtemperatur wird als Kaltschmieden bezeichnet. In den meisten Industriezweigen werden Warmschmiedeteile verwendet, während Warm- und Kaltschmiedeteile hauptsächlich zum Schmieden von Teilen wie Automobilen und allgemeinen Maschinen verwendet werden. Warm- und Kaltschmieden können effektiv Material einsparen.
Die Kategorie des Schmiedens
Je nach Schmiedetemperatur kann man in Warmschmieden, Warmschmieden und Kaltschmieden unterscheiden.
Je nach Umformmechanismus kann das Schmieden in Freischmieden, Gesenkschmieden, Ringwalzen und Spezialschmieden unterteilt werden.
1. Freies Schmieden. Die Verarbeitungsmethode des Schmiedens bezieht sich auf die Verwendung einfacher Universalwerkzeuge oder die direkte Anwendung äußerer Kräfte zwischen den oberen und unteren Ambossen der Schmiedeausrüstung, um den Barren zu verformen und die erforderliche geometrische Form und innere Qualität zu erhalten. Im Freischmiedeverfahren hergestellte Schmiedestücke werden als Freischmiedestücke bezeichnet. Beim Freischmieden werden hauptsächlich kleine Chargen von Schmiedestücken hergestellt, wobei Schmiedegeräte wie Hämmer und hydraulische Pressen eingesetzt werden, um die Rohlinge zu formen und zu bearbeiten und qualifizierte Schmiedestücke zu erhalten. Zu den Grundprozessen des Freischmiedens gehören Stauchen, Dehnen, Stanzen, Schneiden, Biegen, Verdrehen, Verschieben und Schmieden. Beim Freischmieden wird die Warmschmiedemethode angewendet.
2. Gesenkschmieden. Das Gesenkschmieden kann in Freiformschmieden und Gesenkschmieden unterteilt werden. Durch Druckverformung in der Schmiedegesenkkammer werden Metallbarren in eine bestimmte Form gebracht, um Schmiedestücke zu erhalten. Gesenkschmieden wird im Allgemeinen zur Herstellung von Teilen mit geringem Gewicht und großen Losgrößen eingesetzt.
Das Gesenkschmieden kann in Warmgesenkschmieden, Warmschmieden und Kaltschmieden unterteilt werden. Warmschmieden und Kaltschmieden sind die zukünftigen Entwicklungsrichtungen des Gesenkschmiedens und repräsentieren auch das Niveau der Schmiedetechnologie. Je nach Materialklassifizierung kann das Gesenkschmieden auch in das Gesenkschmieden von Schwarzmetall, das Gesenkschmieden von Nichteisenmetallen und das Formen von Pulverprodukten unterteilt werden. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei den Materialien um Schwarzmetalle wie Kohlenstoffstahl, Nichteisenmetalle wie Kupfer und Aluminium sowie pulvermetallurgische Materialien. Das Strangpressen sollte zum Gesenkschmieden gehören und kann in Schwermetall-Strangpressen und Leichtmetall-Strangpressen unterteilt werden. Es ist zu beachten, dass der Billet nicht vollständig eingeschränkt werden kann. Daher ist es notwendig, das Volumen des Knüppels streng zu kontrollieren, die relative Position des Schmiedegesenks zu kontrollieren und die Schmiedestücke zu messen, um den Verschleiß des Schmiedegesenks zu reduzieren.
3. Schleifring. Unter Ringwalzen versteht man die Herstellung kreisförmiger Teile mit unterschiedlichen Durchmessern mithilfe spezieller Geräte wie Ringwalzmaschinen und wird auch zur Herstellung radförmiger Teile wie Autoräder und Eisenbahnräder verwendet.
4. Spezialschmieden. Zum Spezialschmieden gehören Schmiedeverfahren wie Rollschmieden, Querkeilwalzen, Radialschmieden und Flüssiggesenkschmieden, die alle besser für die Herstellung bestimmter speziell geformter Teile geeignet sind.
Beispielsweise kann das Rollschmieden als effektives Vorformverfahren dienen und den anschließenden Umformdruck deutlich reduzieren; Durch Querkeilwalzen können Teile wie Stahlkugeln und Getriebewellen hergestellt werden. Durch Radialschmieden können große Schmiedeteile wie Waffenläufe und Stufenschäfte hergestellt werden.
Schmiedegesenk
Je nach Bewegungsart des Schmiedegesenks kann das Schmieden in Schwenkschmieden, Schwenkrotationsschmieden, Rollschmieden, Kreuzkeilwalzen, Ringwalzen und Schrägwalzen unterteilt werden. Rotationsschmieden, Rotationsschmieden und Präzisionsschmieden können auch für den 400 MN (40000 Tonnen) schweren hydraulischen Pressring zum Schmieden in der Luftfahrt in China verwendet werden. Um die Materialausnutzung zu verbessern, können Walzschmieden und Querwalzen als Vorverfahren zur Verarbeitung schlanker Materialien eingesetzt werden. Das Rotationsschmieden wird ebenso wie das Freischmieden lokal geformt und hat den Vorteil, dass es im Vergleich zur Größe des Schmiedestücks auch unter geringeren Schmiedekräften geformt werden kann. Bei dieser Schmiedemethode, einschließlich des Freischmiedens, kommt es während der Bearbeitung zu einer Materialausdehnung von der Umgebung der Formoberfläche zur freien Oberfläche, was die Gewährleistung der Genauigkeit erschwert. Daher können durch die Steuerung der Bewegungsrichtung des Schmiedegesenks und des Rotationsschmiedeprozesses mit einem Computer komplex geformte und hochpräzise Produkte mit geringerer Schmiedekraft erhalten werden, beispielsweise die Herstellung von Schmiedeteilen mit mehreren Varianten und großen Größen von Dampfturbinenschaufeln .
Die Formbewegung und die Freiheitsgrade der Schmiedeausrüstung sind inkonsistent. Entsprechend den Merkmalen der Verformungsbegrenzung am unteren Totpunkt können Schmiedegeräte in die folgenden vier Formen unterteilt werden:
1. Form mit begrenzter Schmiedekraft: eine hydraulische Presse, die den Schieber direkt mit Öldruck antreibt.
2. Quasi-Hub-Grenzmethode: eine hydraulische Presse, die den Kurbel-Pleuelmechanismus durch hydraulischen Druck antreibt.
3. Hubbegrenzungsmethode: eine mechanische Presse mit Kurbel, Pleuel und Keilmechanismus, der den Schieber antreibt.
4. Energiebegrenzungsmethode: Nutzen Sie den Spiralmechanismus der Schnecke und der Reibungspresse. Um eine hohe Genauigkeit beim Heißtest von hydraulischen Schwerlast-Schmiedepressen für die Luftfahrt zu erreichen, sollte darauf geachtet werden, eine Überlastung am unteren Totpunkt zu verhindern und Geschwindigkeit und Formposition zu kontrollieren. Denn diese wirken sich auf die Toleranz, Formgenauigkeit und Lebensdauer der Schmiedestücke aus. Um die Genauigkeit aufrechtzuerhalten, sollte außerdem darauf geachtet werden, den Abstand zwischen den Gleitführungsschienen einzustellen, die Steifigkeit sicherzustellen, den unteren Totpunkt einzustellen und Hilfsübertragungsgeräte zu verwenden.
Geschmiedeter Schieber
Schmiedeschieber können in vertikale und horizontale Bewegungen unterteilt werden (zum Schmieden schlanker Teile, zum Schmieren, Kühlen und Schmieden von Hochgeschwindigkeitsproduktionsteilen), und Kompensationsvorrichtungen können verwendet werden, um die Bewegung in andere Richtungen zu erhöhen. Die oben genannten Methoden sind unterschiedlich, und die Schmiedekraft, der Prozess, die Materialausnutzungsrate, die Leistung, die Maßtoleranz sowie die Schmier- und Kühlmethode, die zum erfolgreichen Schmieden des großen scheibenförmigen Produkts erforderlich sind, sind alle unterschiedlich. Diese Faktoren sind auch Faktoren, die den Grad der Automatisierung beeinflussen.Zum Schmieden verwendete Materialien
Die zum Schmieden verwendeten Hauptmaterialien sind Kohlenstoffstahl und legierter Stahl mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, gefolgt von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und deren Legierungen. Der ursprüngliche Materialzustand umfasst Stangen, Barren, Metallpulver und flüssige Metalle. Das Verhältnis der Querschnittsfläche eines Metalls vor der Verformung zur Querschnittsfläche nach der Verformung wird Schmiedeverhältnis genannt. Die richtige Auswahl des Schmiedeverhältnisses, eine angemessene Erwärmungstemperatur und Isolierzeit, angemessene Anfangs- und Endschmiedetemperaturen, ein angemessenes Verformungsausmaß und eine angemessene Verformungsgeschwindigkeit stehen in engem Zusammenhang mit der Verbesserung der Produktqualität und der Kostensenkung. Im Allgemeinen werden bei kleinen und mittelgroßen Schmiedewerkstätten Rund- oder Vierkantstäbe als Knüppel verwendet. Die Kornstruktur und die mechanischen Eigenschaften des Stabmaterials sind gleichmäßig und gut, mit präziser Form und Größe, guter Oberflächenqualität und einer einfach zu organisierenden Massenproduktion. Solange die Erwärmungstemperatur und die Verformungsbedingungen angemessen kontrolliert werden, können Hochleistungsschmiedeteile ohne nennenswerte Schmiedeverformung geschmiedet werden. Barren werden nur für große Schmiedestücke verwendet. Der Barren ist eine Struktur im Gusszustand mit großen säulenförmigen Kristallen und einem lockeren Zentrum. Daher ist es notwendig, die säulenförmigen Kristalle durch große plastische Verformung in feine Körner zu brechen und sie locker zu verdichten, um eine Metallstruktur und mechanische Eigenschaften zu erhalten. Durch Pressen und Brennen hergestellte pulvermetallurgische Vorformen können im heißen Zustand gratfrei zu Pulverschmiedeteilen geschmiedet werden. Die Dichte des Schmiedepulvers kommt der von allgemeinen Gesenkschmiedestücken nahe, mit guten mechanischen Eigenschaften und hoher Genauigkeit, was die nachfolgende Schneidbearbeitung reduzieren kann. Die innere Struktur von Pulverschmiedestücken ist gleichmäßig und ohne Entmischung und kann zur Herstellung kleiner Zahnräder und anderer Werkstücke verwendet werden. Allerdings ist der Preis von Pulver viel höher als der von gewöhnlichen Riegeln und seine Verwendung in der Produktion unterliegt gewissen Einschränkungen. Durch die Anwendung von statischem Druck auf das in den Formhohlraum gegossene flüssige Metall, das sich verfestigt, kristallisiert, fließt, eine plastische Verformung erfährt und sich unter Druck formt, kann die erforderliche Form und Leistung des Gesenkschmiedens erreicht werden. Flüssigmetallschmieden ist ein Umformverfahren, das zwischen Druckguss und Schmieden liegt und sich besonders für komplexe dünnwandige Teile eignet, die beim allgemeinen Schmieden schwer zu formen sind. Neben gängigen Materialien wie Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl mit verschiedenen Zusammensetzungen, gefolgt von Aluminium, Magnesium, Kupfer, Titan und deren Legierungen, den Verformungslegierungen aus Hochtemperaturlegierungen auf Eisenbasis, Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis, und kobaltbasierte Hochtemperaturlegierungen werden ebenfalls durch Schmieden oder Walzen fertiggestellt. Allerdings weisen diese Legierungen relativ schmale plastische Zonen auf, so dass die Schwierigkeit beim Schmieden relativ hoch ist. Für verschiedene Materialien gelten strenge Anforderungen an die Erwärmungstemperatur, die Temperatur beim Öffnen des Schmiedens und die Endtemperatur beim Schmieden.
Ablauf des Schmiedeprozesses
Unterschiedliche Schmiedemethoden haben unterschiedliche Prozesse, von denen der Warmgesenkschmiedeprozess der längste ist und die allgemeine Reihenfolge lautet: Schmieden des Rohlingsschneidens; Erhitzen von Schmiedeknüppeln; Vorbereitung des Rollschmiederohlings; Gesenkschmieden, Formen; Schneiden; Stanzen; Korrektur; Zwischeninspektion, Überprüfung der Abmessungen und Oberflächenfehler von Schmiedestücken; Wärmebehandlung von Schmiedestücken zur Beseitigung von Schmiedespannungen und zur Verbesserung der Zerspanungsleistung; Reinigung, hauptsächlich zur Entfernung von Oberflächenoxidablagerungen; Korrektur; Inspektion: Im Allgemeinen müssen Schmiedeteile einer Prüfung auf Aussehen und Härte unterzogen werden, während wichtige Schmiedeteile auch einer Analyse der chemischen Zusammensetzung, der mechanischen Eigenschaften, einer Eigenspannungsprüfung und einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen werden müssen.
Eigenschaften von Schmiedeteilen
Im Vergleich zu Gussteilen kann Metall nach der Schmiedebearbeitung seine Mikrostruktur und seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Nach der Warmumformung und Verformung durch das Schmiedeverfahren wandelt sich die Gussstruktur aufgrund der Verformung und Rekristallisation des Metalls von groben Dendriten und säulenförmigen Körnern in gleichachsige rekristallisierte Strukturen mit feineren und gleichmäßigeren Größen um. Dies führt zu einer ursprünglichen Entmischung, Porosität, Porosität, Schlackeneinschlüssen und anderen Verdichtungen und Verschweißungen im Stahlbarren, wodurch die Struktur kompakter wird und die Plastizität und die mechanischen Eigenschaften des Metalls verbessert werden. Die mechanischen Eigenschaften von Gussstücken sind schlechter als die von Schmiedestücken aus dem gleichen Material. Darüber hinaus kann die Schmiedebearbeitung die Kontinuität der Metallfaserstruktur gewährleisten und die Faserstruktur des Schmiedestücks mit der Form des Schmiedestücks im Einklang halten. Die Metallflusslinie ist vollständig, wodurch sichergestellt werden kann, dass die Teile gute mechanische Eigenschaften und eine lange Lebensdauer aufweisen. Schmiedeteile, die durch Präzisionsschmieden, Kaltfließpressen, Warmfließpressen und andere Verfahren hergestellt werden, sind mit Gussteilen nicht zu vergleichen. Schmiedestücke sind Gegenstände, die durch plastische Verformung so geformt werden, dass sie die erforderliche Form oder eine geeignete Druckkraft annehmen, wenn Metall Druck ausgesetzt wird. Diese Kraft wird typischerweise durch den Einsatz eines Hammers oder Drucks erreicht. Der Schmiedeprozess bildet exquisite Partikelstrukturen und verbessert die physikalischen Eigenschaften des Metalls. Im praktischen Einsatz von Bauteilen kann durch eine richtige Auslegung sichergestellt werden, dass der Partikelfluss in Richtung des Hauptdrucks erfolgt. Gussteile sind aus Metall geformte Gegenstände, die durch verschiedene Gussverfahren hergestellt werden, d. h. geschmolzenes flüssiges Metall wird durch Gießen, Einspritzen, Saugen oder andere Gussverfahren in vorbereitete Formen eingespritzt, abgekühlt und dann einer Sandentfernung, Reinigung und Nachbehandlung unterzogen -Behandlung, um Objekte mit einer bestimmten Form, Größe und Leistung zu erhalten.
Analyse des Schmiedeniveaus
Die chinesische Schmiedeindustrie hat sich auf der Grundlage der Einführung, Verarbeitung und Übernahme ausländischer Technologien entwickelt. Nach Jahren der technologischen Entwicklung und Transformation hat sich das technische Niveau der Unternehmen in der Branche erheblich verbessert, einschließlich Prozessdesign, Schmiedetechnologie, Wärmebehandlungstechnologie, Bearbeitungstechnologie, Produktprüfung und anderen Aspekten.
(1) Fortgeschrittene Hersteller im Prozessdesign verwenden im Allgemeinen Computersimulationstechnologie für die Heißverarbeitung, computergestütztes Prozessdesign und virtuelle Technologie, um das Niveau des Prozessdesigns und der Produktherstellungsfähigkeiten zu verbessern. Einführung und Anwendung von Simulationsprogrammen wie DATAFOR, GEMARC/AUTOFORGE, DEFORM, LARSTRAN/SHAPE und THERMOCAL, um eine Prozesskontrolle für Computerdesign und thermische Verarbeitung zu erreichen.
(2) Die meisten hydraulischen Pressen mit Schmiedetechnologie von 40 MN und mehr sind mit 100-400 t ausgestattet. m Hauptschmiedearbeiter und 20-40t. m Hilfsoperatoren. Eine beträchtliche Anzahl von Bedienern nutzt Computersteuerung, um eine umfassende Steuerung des Schmiedeprozesses zu erreichen, sodass die Schmiedegenauigkeit innerhalb von ± 3 mm kontrolliert werden kann. Bei der Online-Vermessung von Schmiedeteilen kommen Laser-Größenmessgeräte zum Einsatz.
(3) Der Schwerpunkt der Wärmebehandlungstechnologie liegt auf der Verbesserung der Produktqualität, der Steigerung der Wärmebehandlungseffizienz, der Energieeinsparung und dem Schutz der Umwelt. Wenn der Heizprozess des Heizofens und des Wärmebehandlungsofens von einem Computer gesteuert wird, kann der Brenner gesteuert werden, um eine automatische Anpassung der Verbrennung, der Ofentemperatur, der automatischen Zündung und der Verwaltung der Heizparameter zu erreichen. Abwärmenutzung, Wärmebehandlungsöfen mit regenerativer Brennkammer usw.; Durch den Einsatz von Polymer-Abschrecköltanks mit geringer Schadstoffkapazität und effektiver Kühlkontrolle ersetzen verschiedene Abschreckmedien auf Wasserbasis nach und nach herkömmliches Abschrecköl.
(4) Der Anteil von CNC-Werkzeugmaschinen in der Zerspanungstechnikbranche nimmt sukzessive zu. Einige Unternehmen der Branche verfügen über Bearbeitungszentren und sind mit proprietären Bearbeitungsmaschinen für verschiedene Produkttypen ausgestattet, wie z. B. Fünf-Koordinaten-Bearbeitungszentren, Klingenbearbeitungsmaschinen, Walzenmühlen, Walzendrehmaschinen usw.
(5) Qualitätssicherungsmaßnahmen: Einige inländische Unternehmen haben sich mit den neuesten Erkennungsinstrumenten und Prüftechnologien, modernen automatisierten Ultraschallprüfsystemen mit computergesteuerter Datenverarbeitung und verschiedenen spezialisierten automatischen Ultraschallprüfsystemen ausgestattet, um die Zertifizierung verschiedener Qualitätssysteme abzuschließen. Die Schlüsselproduktionstechnologie der Hochgeschwindigkeits-Hochleistungs-Zahnradschmiedeteile wurde kontinuierlich überwunden und auf dieser Grundlage wurde eine industrielle Produktion erreicht. Durch die Einführung fortschrittlicher Produktionstechnologie und Schlüsselausrüstung aus dem Ausland ist China in der Lage, selbst Produktionsausrüstung für Hochgeschwindigkeits- und Schwerlast-Zahnradschmiedeteile zu entwickeln und herzustellen. Diese Ausrüstung hat sich dem internationalen Spitzenniveau angenähert, und die Verbesserung des Technologie- und Ausrüstungsniveaus hat die Entwicklung der heimischen Schmiedeindustrie wirksam gefördert.
Die Bedeutung des Schmiedens
Die Schmiedeproduktion ist eine der Hauptbearbeitungsmethoden zur Herstellung mechanischer Teilerohlinge in der mechanischen Fertigungsindustrie. Durch Schmieden kann nicht nur die Form mechanischer Teile erhalten werden, sondern auch die innere Struktur des Metalls verbessert und die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Metalls verbessert werden. Im Allgemeinen werden wichtige mechanische Teile mit hohen Beanspruchungen und Anforderungen im Schmiedeverfahren hergestellt. Wichtige Komponenten wie Turbinengeneratorwellen, Rotoren, Laufräder, Schaufeln, Sicherungsringe, große hydraulische Presssäulen, Hochdruckzylinder, Walzwerkswalzen aus Stahl, Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, Pleuel, Zahnräder, Lager und Artillerie in der Landesverteidigung Industrie werden alle durch Schmieden hergestellt. [7] Daher wird die Schmiedeproduktion häufig in Branchen wie Metallurgie, Bergbau, Automobilen, Traktoren, Erntemaschinen, Erdöl, chemischer Industrie, Luftfahrt, Luft- und Raumfahrt, Waffen usw. eingesetzt. Auch im täglichen Leben spielt die Schmiedeproduktion eine wichtige Rolle . In gewisser Weise spiegeln die jährliche Produktion von Schmiedestücken, der Anteil der Gesenkschmiedestücke an der Gesamtproduktion von Schmiedestücken sowie die Größe und der Besitz der Schmiedeausrüstung in gewissem Maße das industrielle Niveau eines Landes wider.
