8 Häufige Fehler beim Schmieden mit offenen Matrizen und deren Lösungen

Freiformschmieden ist ein weit verbreitetes Metallbearbeitungsverfahren zur Herstellung hochfester Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Energiewirtschaft und dem Schwermaschinenbau. Durch die Verformung des Metalls unter Druckspannung lassen sich große, komplexe Konstruktionen realisieren.

Ohne sorgfältige Kontrolle von Temperatur, Kraft, Material und Werkzeug können jedoch Defekte auftreten, die die Bauteilintegrität, die mechanischen Eigenschaften und die Leistung beeinträchtigen.

Rissbildung (Oberflächen- und innere Brüche)

Risse sind sichtbare oder unterirdische Brüche, die an der Oberfläche oder im Inneren der Struktur auftreten. geschmiedetes TeilDiese können das Bauteil erheblich schwächen und unter normalen Betriebsbedingungen zum Versagen führen, insbesondere in kritischen, beanspruchenden Bereichen.

Ursachen:

• Unzureichende Schmiedetemperatur:Metall, das nicht auf die richtige Temperatur erhitzt wird, wird spröde, wodurch die Anfälligkeit für Risse zunimmt.
• Übermäßige Verformung pro Durchgang:Werden große Materialmengen in einem einzigen Pressvorgang verformt, kann das Material seine Duktilitätsgrenze überschreiten, was zu Rissen führt.
• Scharfe Ecken oder abrupte Geometrie:Scharfe Winkel und plötzliche Änderungen der Querschnittsfläche erzeugen Spannungskonzentrationspunkte, die die Rissbildung begünstigen.
• Materialfehler:Interne Einschlüsse, Mikrorisse oder vorangegangene Kaltverformung können zu Schwachstellen werden, an denen sich während der Verformung Risse bilden.

Lösungen:

• Um übermäßige Sprödigkeit zu vermeiden, muss sichergestellt werden, dass das Metall innerhalb des für die jeweilige Legierung empfohlenen Temperaturbereichs gleichmäßig erhitzt wird.
• Verringern Sie den Verformungsgrad bei jedem Pressvorgang und wenden Sie progressive Reduktionsstrategien an.
• Um die Belastung besser und gleichmäßiger zu verteilen, sollten spitze Winkel vermieden und Werkzeuge mit abgerundeten Übergängen verwendet werden.
• Prüfen Sie eingehende Rohlinge auf innere Mängel mithilfe von Verfahren wie der Ultraschallprüfung, um sicherzustellen, dass das Material frei von Einschlüssen ist.

Überlappungen und Faltungen

Überlappungen und Falten entstehen, wenn sich die Oberflächenschichten des Metalls ohne ausreichende Verbindung übereinander falten, wodurch schwache oder nicht vollständig verschmolzene Nähte entstehen. Dies kann zu einer geringeren strukturellen Integrität und im schlimmsten Fall zum Versagen unter Last führen.

Ursachen:

• Oberflächenverunreinigung:Verunreinigungen, Zunder oder Oxide auf der Oberfläche des Rohlings können beim Schmieden dazu führen, dass sich Metallschichten umklappen, anstatt richtig zu verschmelzen.
• Unzureichender Metallfluss:Wenn das Material aufgrund einer ungeeigneten Werkzeugkonstruktion oder Schmiedestrategie nicht richtig fließt, kann es sich umklappen, anstatt gleichmäßig verdichtet zu werden.
• Falsch ausgerichtete Stempel:Wenn die Matrizen nicht richtig ausgerichtet sind, ist die Kraft ungleichmäßig, wodurch sich das Metall eher umknickt als gleichmäßig verformt.

Lösungen:

• Reinigen Sie die Oberfläche der Rohlinge gründlich, um Zunder, Oxide oder Verunreinigungen zu entfernen, bevor Sie FreiformschmiedenDie
• Optimieren Sie die Schmiedeabläufe, um einen gleichmäßigeren Materialfluss zu ermöglichen und die Wahrscheinlichkeit des Faltens zu verringern.
• Prüfen und richten Sie die Matrizen sorgfältig aus, um sicherzustellen, dass gleichmäßige Kompressionskräfte auf den Rohling ausgeübt werden.

Oberflächeneindrücke und -markierungen

Oberflächenunebenheiten umfassen jegliche Art von Dellen, Vertiefungen oder Markierungen auf der Oberfläche des Schmiedeteils. Diese Unregelmäßigkeiten können das Aussehen und die strukturelle Integrität des Teils beeinträchtigen und zu Nachbearbeitungsbedarf oder Spannungskonzentrationen führen.

Ursachen:

• Schmutzige oder raue Werkzeuge:Abgenutzte oder verunreinigte Werkzeugoberflächen können unerwünschte Spuren auf dem Schmiedeteil hinterlassen.
• Fremdkörper:Zunder, Schmutz oder andere Materialien, die sich zwischen Werkzeug und Rohling festsetzen, können Oberflächenspuren verursachen.
• Unkontrollierte Hammer- oder Presswirkung:Unregelmäßige Schläge oder Vibrationen des Hammers/der Presse können zu Eindellungen führen.

Lösungen:

• Reinigen und pflegen Sie die Werkzeugoberflächen regelmäßig, um sicherzustellen, dass sie glatt bleiben und frei von Unvollkommenheiten sind, die auf das Werkstück übertragen werden können.
• Vor dem Schmieden sollten Reinigungstechniken wie das Kugelstrahlen eingesetzt werden, um Zunder und Verunreinigungen zu entfernen.
• Die Einstellungen von Hammer oder Presse sollten so angepasst werden, dass Vibrationen minimiert und eine gleichmäßige Krafteinwirkung beim Schmieden gewährleistet wird.

Unsachgemäßer Getreidefluss

Eine fehlerhafte Kornausbreitung tritt auf, wenn die innere Kornstruktur des Materials nicht in Richtung der zu erwartenden Spannungen ausgerichtet ist. Dies führt zu einer verringerten Dauerfestigkeit, verminderten Zugfestigkeit und anderen mechanischen Problemen.

Ursachen:

• Ungeeignete Schmiedefolge:Schmiedeschritte, bei denen das Metall nicht richtig mit der Lastrichtung ausgerichtet wird, führen zu einer schlechten Faserausrichtung.
• Falsch ausgerichtete Rohlingsorientierung:Wenn die Knüppel nicht in die richtige Richtung der einwirkenden Lasten ausgerichtet sind, führt dies zu einem ungleichmäßigen Faserverlauf.
• Unzureichende Schmiededurchgänge:Ein Mangel an progressiver Reduktion führt zu ungleichmäßiger Beanspruchung und schlecht ausgerichteter Kornstruktur.

Lösungen:

• Schmiedeabläufe so gestalten, dass der Metallfluss mit den erwarteten Belastungsrichtungen übereinstimmt.
• Stellen Sie sicher, dass die Rohlingausrichtung der Richtung der lasttragenden Spannungen entspricht.
• Durch progressive Schmiedevorgänge wird das Material schrittweise abgetragen und ein kontinuierlicher Faserverlauf sichergestellt.

Oxidschichteinschlüsse und Oberflächenoxidation

Oxidschichten bilden sich, wenn Metall bei hohen Temperaturen Sauerstoff ausgesetzt wird und es dadurch zu Oberflächenoxidation kommt. Werden sie nicht ordnungsgemäß entfernt, können sie sich im Metall einbetten. Schmiedenwas zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften und der Oberflächenqualität führt.

Ursachen:

• Längere Einwirkung hoher Temperaturen:Längere Einwirkung hoher Temperaturen an der Luft beschleunigt die Oxidbildung.
• Wiedererhitzen ohne Entkalken:Durch wiederholtes Erhitzen ohne ordnungsgemäße Entfernung der Zunderschichten können sich zusätzliche Oxidschichten bilden.
• Unzureichende Schutzatmosphäre:Fehlende Schutzgase oder eine inerte Atmosphäre während der Erhitzung können die Oxidation begünstigen.

Lösungen:

• Um Oxidation und Ablagerungen zu reduzieren, ist die Einwirkzeit bei hohen Temperaturen zu begrenzen.
• Führen Sie zwischen den Schmiedeschritten regelmäßige Entzunderungen mittels mechanischer Verfahren wie Kugelstrahlen oder Walzen durch.
• Um die Oxidation zu minimieren, sollten während des Erhitzens Schutzatmosphären oder Inertgase verwendet werden.

Verzerrung und Verzug

Verformungen und Verzug entstehen, wenn das Schmiedeteil sich verbiegt, verdreht oder von seiner Sollform abweicht. Dies kann durch ungleichmäßige Abkühlung, unausgewogene Schmiedekräfte oder ungleichmäßige Erwärmung verursacht werden. Verformungen erschweren nachfolgende Prozesse wie die Bearbeitung und Montage.

Ursachen:

• Ungleichmäßige Kühlung:Unterschiedliche Abschnitte des Bauteils können unterschiedlich schnell abkühlen, was zu ungleichmäßiger Kontraktion und in der Folge zu Verformungen führt.
• Asymmetrisches Schmieden:Eine ungleichmäßige Kraftverteilung beim Schmieden führt zu einer ungleichmäßigen Verformung des Werkstücks.
• Uneinheitliche Chiptemperatur:Ungleichmäßige Erwärmung in den Werkzeugen kann zu thermischen Gradienten und damit zu Verformungen führen.

Lösungen:

• Um eine gleichmäßige Kühlung des Bauteils zu gewährleisten, sollten kontrollierte Kühlstrategien wie Abschrecken oder Isolierung eingesetzt werden.
• Schmiedeabläufe so gestalten, dass während des gesamten Prozesses gleichmäßige Kräfte wirken und so das Risiko asymmetrischer Verformung minimiert wird.
• Durch Vorheizen der Werkzeuge und den Einsatz von Systemen zur kontrollierten Temperaturregelung können konstante Werkzeugtemperaturen gewährleistet werden.

Porosität und innere Hohlräume

Porosität und innere Hohlräume entstehen, wenn beim Schmieden Gaseinschlüsse oder andere Hohlräume im Metall eingeschlossen werden. Diese Hohlräume schwächen das Bauteil, verringern seine Tragfähigkeit und können, wenn sie nicht erkannt werden, zum Produktversagen führen.

Ursachen:

• Eingeschlossene Gase:Unzureichende Entlüftung oder schlechter Gasaustritt während des Schmiedeprozesses führen zu inneren Hohlräumen.
• Niedrige Materialtemperaturen:Kaltes Material mit geringer Duktilität verhindert das Schließen von Hohlräumen beim Schmieden.
• Einschlüsse oder Verunreinigungen:Eingeschlossene nichtmetallische Einschlüsse können bei der Verformung Hohlräume erzeugen.

Lösungen:

• Achten Sie während des Schmiedeprozesses auf eine ausreichende Entlüftung, damit Gase entweichen können, bevor das Material erstarrt.
• Schmieden Sie bei Temperaturen, die eine ausreichende Plastizität gewährleisten, damit das Material fließen und innere Hohlräume schließen kann.
• Vor dem Schmieden sollten die Werkstoffe mittels Ultraschall- oder Wirbelstromprüfung auf Verunreinigungen untersucht werden.

Überhitzung und Verbrennung

Überhitzung, auch „Verbrennen“ genannt, tritt auf, wenn das Metall Temperaturen oberhalb seines empfohlenen Schmiedebereichs ausgesetzt wird. Überhitzung führt zu Oxidation, Kornvergröberung oder sogar lokalem Schmelzen, wodurch das Bauteil geschwächt und seine mechanischen Eigenschaften verschlechtert werden.

Ursachen:

• Übermäßige Ofentemperatur:Das Werkstück wird Temperaturen ausgesetzt, die über dem sicheren Temperaturbereich der Legierung liegen.
• Verlängerte Einweichzeit:Längere Perioden mit hohen Temperaturen verursachen Kornwachstum und Oxidation.
• Ungenaue Temperaturüberwachung:Fehlerhafte Thermoelemente oder Pyrometer führen zu einer Überhitzung des Bauteils.

Lösungen:

• Halten Sie den empfohlenen Temperaturbereich für die Legierung ein und minimieren Sie die Zeit, die das Bauteil hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
• Verwenden Sie präzise Temperaturmessgeräte, wie z. B. kalibrierte Thermoelemente, um die Wärmepegel zu überwachen und zu steuern.
• Minimieren Sie die Anzahl der Wiederaufheizzyklen und stellen Sie sicher, dass die Temperaturprofile kontrolliert werden, um thermische Schäden zu vermeiden.