Grundlagen des Aluminiumschmiedens - Warm- und Kaltschmieden

Aluminium und seine Legierungen gehören zu den beliebtesten Nichteisenmetallen und stehen nach Stahl an zweiter Stelle in der Produktion. Aluminium ist das achthäufigste Element in der Erdkruste (nach Gewicht) und kommt häufiger vor als alle anderen Nichteisenmetalle zusammen. Es hat nur ein Drittel der Dichte von Stahl (2,7 g/cm³ für Aluminiumlegierungen und etwa 7,85 g/cm³ für Stahl). Aufgrund dieser geringen Dichte eignen sich Aluminiumlegierungen ideal für Leichtbauanwendungen mit guter Festigkeit, Steifigkeit und hoher Ermüdungsbeständigkeit, was sie zu idealen Bauteilen für tragende Zwecke macht.

Aluminiumlegierungen sind sehr dehnbar und eignen sich daher für komplizierte Konstruktionen und Schmiedestücke mit engen Toleranzen. Aluminiumschmiedestücke haben bessere Eigenschaften als Stahlschmiedestücke in Bezug auf Korrosionsbeständigkeit, Wärmeleitfähigkeit und nichtmagnetische Eigenschaften. In vielerlei Hinsicht sind sie den Schmiedestücken aus Stahl überlegen.

Aluminiumschmiedeteile werden aufgrund ihrer Eigenschaften vielseitig eingesetzt; sie werden im Maschinenbau, in der Luftfahrt, in Kraftfahrzeugen, Eisenbahnen, Schiffen, im Bauwesen, bei Brücken, in der Chemieindustrie und in Kraftwerken verwendet. Aluminium kann Stahlschmiedestücke ersetzen, wodurch das Gewicht mechanischer Produkte um 60% verringert und gleichzeitig die Festigkeit erhöht werden kann. Aufgrund seines geringen Gewichts und seiner hohen Festigkeit wird es häufig in der Luft- und Raumfahrt und in der Verteidigungsindustrie eingesetzt. Zum Beispiel enthalten Strukturen von Flugzeugen Aluminiumschmiedestücke im Bereich von 15% bis 50%. In diesem Artikel werden der Aluminiumschmiedeprozess und die gängigsten Schmiedetechniken für Aluminium wie Warm-, Kalt- und Gesenkschmieden erläutert.

Schmiedbarkeitseigenschaften von Aluminiummetall

In Bezug auf die Schmiedbarkeit sind Aluminiumlegierungen fast gleichwertig mit Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Baustahl.

Variation der Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen

Aluminiumlegierungen weisen je nach Art der Legierung eine große Bandbreite an Verformungsbeständigkeit (oder Fließspannung) auf. Niedrig- bis mittelfeste Al-Legierungen der 6000er-Serie sind anfälliger für Verformungen bei erhöhten Temperaturen. Andererseits sind hochfeste Aluminiumlegierungen, insbesondere die Aluminium der Serie 7000 wie z. B. Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen bieten Berichten zufolge eine höhere Beständigkeit gegen Verformung bei hohen Temperaturen.

Eine harte Aluminiumlegierung hat beispielsweise eine Schmiedefestigkeitsgrenze von 40 MPa bei 500°C, während die Aluminiumlegierung 6061 eine Schmiedefestigkeitsgrenze von 20 MPa hat. Das bedeutet, dass die Schmiedeverformungsbelastung für letztere etwa halb so hoch ist wie für erstere.

Widerstand gegen Verformung bei hohen und Raumtemperaturen

Bei Raumtemperatur bieten die meisten verformungsbeständigen Aluminiumlegierungen eine geringere Verformungsbeständigkeit als Kohlenstoffstahl. Bei hohen Temperaturen kann ihre Verformungsbeständigkeit jedoch geringer, ähnlich oder sogar besser sein als die von Kohlenstoffstahl.

Empfindlichkeit gegenüber Temperatur

Aluminiumlegierungen sind sehr empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Das liegt daran, dass ihre Fähigkeit, Verformungen zu widerstehen, mit abnehmender Temperatur sehr stark zunimmt. Dieser Anstieg der Härte ist höher als bei Kohlenstoffstahl. Bei Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Baustahl ist die Festigkeitsgrenze um das 1,5-fache höher, wenn die Temperatur um 100 °C gesenkt wird. Andererseits kann eine Temperatursenkung um 50°C zu einem Anstieg der Festigkeit von Aluminiumlegierungen um 50% bis 300% führen.

Schmiedeverfahren für Aluminiumteile

Aluminium ist eine weiche Legierung mit geringer Dichte, die häufig in Kombination mit anderen Metallen verwendet wird.  wie Kupfer, Magnesium, Zinn oder Zink, um seine Formbarkeit, Härte und Festigkeit zu verbessern. Aluminiumlegierungen sind leicht schmiedbar, und als solche sind 85% der Aluminiumteile geschmiedet.

Geschmiedete Produkte sind relativ stärker als gegossene Aluminiumprodukte, da sie die Eigenschaften zweier Metalle in sich vereinen. Da Aluminium eine niedrige Schmelztemperatur hat und weniger teuer ist als geschmiedete Produkte. Zu den am häufigsten verwendeten Aluminiumlegierungen für Schmiedeanwendungen gehören: Al 6061, 6063, 6082 und 7075. Diese Legierungen werden für technische Teile und Systeme verwendet, bei denen Korrosionsschutz und geringe Dichte wichtig sind. Geschmiedete Aluminiumteile werden in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, wie z. B. im Schiffbau, in der Automobilindustrie für Innen- und Außenteile, in der Motorenindustrie, in der Luft- und Raumfahrt und in anderen Industriezweigen, in denen die Fähigkeit, rauen Bedingungen zu widerstehen, wie z. B. in der Schifffahrt, eine unverzichtbare Rolle spielt. .

Aluminium Warmumformung

Beim Warmschmieden von Aluminium werden Aluminiumstangen gesägt und auf hohe Temperaturen erhitzt. Durch diesen Prozess, die so genannte Rekristallisation, wird die Kornstruktur des Aluminiums verfeinert und die Zähigkeit, Duktilität und Streckgrenze der Schmiedeteile verbessert. Das Warmschmieden ist auch sehr effizient in der Materialnutzung, da es nur wenig Materialabfall erzeugt. Das Warmschmieden von Aluminiumteilen kann in unserem Werk nach den Anforderungen unserer Kunden in Bezug auf Design und Größe durchgeführt werden.

Aluminium Caltes Schmiedehandwerk

Das Kaltschmieden von Aluminium eignet sich besonders für Aluminiumteile, da Aluminium sehr dehnbar und leicht zu bearbeiten ist. Diese Technik führt zu hochpräzisen Teilen, die wenig oder keine weitere Bearbeitung erfordern, und eignet sich am besten für die Herstellung symmetrischer Produkte. Das Kaltschmieden ist in den meisten Fällen wirtschaftlicher als das Warmschmieden. Beim Kaltschmieden wird das Stangenmaterial in die gewünschte Form gebogen und dann zwischen einem Gesenk gepresst, um die endgültige Form zu erhalten. Aufgrund der relativ weichen Beschaffenheit von Aluminium wird jedoch eine Wärmebehandlung empfohlen, um die Härte der Schmiedeteile zu erhöhen. Diese Eigenschaften machen Aluminiumschmiedeteile in vielen Branchen und Anwendungen unverzichtbar.

Bei diesem Verfahren wird der obere Teil der Matrize am Hammer und der untere Teil der Matrize am Amboss befestigt. Das erhitzte Aluminiumwerkstück wird auf den Amboss in der unteren Hälfte der Matrize gelegt. Anschließend wird das Werkstück mit einer gleichmäßigen Kraft in den Hohlraum der Matrize gedrückt, bis es den Hohlraum vollständig ausfüllt. In diesem Stadium wird das überschüssige Aluminium durch die Öffnungen zwischen den beiden Werkzeughälften ausgestoßen. Dieses überschüssige Material, der so genannte Grat, wird aufgefangen und anschließend im Produktionsprozess wiederverwendet.

Aluminium Gesenkschmieden

Das Gesenkschmieden ist ein Schmiedeverfahren, bei dem ein Aluminiumwerkstück zwischen zwei Gesenkhälften gelegt und mit einem Hammer in Form gebracht wird. Aluminiumlegierungen werden wegen ihres geringen Gewichts für das Gesenkschmieden bevorzugt, wobei die Legierungen der Serien 6000 und 7000 am besten geeignet sind. Nach dem Schmieden des Werkstücks wird das überschüssige Material, der so genannte Grat, abgeschnitten, und die Teile können weiterverarbeitet werden.

Es ist bekannt, dass Aluminium durch das Gesenkschmieden verfestigt und gehärtet wird und bessere Ermüdungseigenschaften aufweist. Dieses kontrollierte Verformungsverfahren ermöglicht eine hohe Genauigkeit und Gleichmäßigkeit, was es zu einem kostengünstigen und abfallfreien Verfahren macht, das für die Herstellung komplexer Formen verwendet werden kann.

Die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen sind wie folgt:

Metalle wie Aluminium haben eine Eigenschaft, die als Plastizität bekannt ist, d. h. die Fähigkeit des Werkstoffs, sich unter hohen äußeren Kräften zu verformen. Aluminium besitzt die Fähigkeit, seine strukturelle Stabilität zu erhalten. Die Duktilität von Aluminiumlegierungen bestimmt ihre Verarbeitbarkeit und die Bedingungen, unter denen das Gesenkschmieden durchgeführt werden kann.

Während Aluminiumlegierungen eine Fließgeschwindigkeit von 50% der von Stahl aufweisen, ist ihr Reibungskoeffizient auf den Formoberflächen dreimal so hoch. Dies führt zu hoher Haftung, geringer Verarbeitbarkeit und geringer Duktilität bei Schmiedevorgängen.

Wie man Aluminium schmiedet: Ein umfassender Leitfaden

Beim Aluminiumschmieden wird das Aluminium mit Hilfe einer Schmiedepresse oder eines Hammers in verschiedene Konstruktionsformen gepresst. Dieses Verfahren hilft bei der Nachbildung verschiedener Prototyp-Designmuster für den industriellen Einsatz, z. B. in der Rüstungs-, Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Schritt 1: Vorbereitung

Zunächst sollte das Aluminium-Barren ordnungsgemäß beschafft werden, d. h. es sollte rein, frei von Verunreinigungen und in den richtigen Abmessungen für den vorgesehenen Verwendungszweck sein.

Schritt 2: Heizung

Erhitzen Sie den Knüppel vor dem Schmiedevorgang auf die richtige Temperatur. Durch diesen Schritt wird das Aluminium biegsamer als Stahl und lässt sich daher leichter bearbeiten als Stahl. Die Temperatur hängt von der jeweiligen Art der Legierung und der Form des herzustellenden Endprodukts ab. Normalerweise werden Aluminiumlegierungen bei Temperaturen zwischen 700 und 950 Grad F geschmiedet, einige Legierungen können jedoch bis zu 1100 Grad F erfordern.

Schritt 3: Aluminium-Schmieden

Wenn der Knüppel die erforderliche Temperatur erreicht hat, ist er bereit für das Schmieden. In einer Schmiedewerkstatt wird das Aluminium mit Hilfe einer Schmiedepresse oder eines Hammers mit großer Kraft geformt. Der Schmiedeprozess umfasst drei Hauptschritte: Der Schmiedeprozess umfasst drei Hauptschritte:

• Aufstoßen: Üben Sie Druck auf ein Ende des Knüppels aus, um ihn zu verlängern und dünner zu machen.
• Ausziehen: Der Knüppel wird dann auf die gewünschte Länge und Form der Stange gestreckt.
• Endbearbeitung: Sie dient der Nachbildung der endgültigen Form und dem Abschneiden von unnötigem Material von der Oberfläche der Teile.

Schritt 4: Kühlung

Das geschmiedete Aluminium wird dann schrittweise bei Umgebungstemperatur abgekühlt. Ein zu schnelles Abschrecken kann insbesondere bei großen Schmiedestücken zur Bildung von Rissen oder Verformungen führen.

Schritt 5: Spanende Bearbeitung und Oberflächenveredelung

Bei diesem Verfahren werden die Schmiedeteile mit Werkzeugen wie Bohrern oder Schneidwerkzeugen in die gewünschte endgültige Form und Größe gebracht. Der letzte Schritt des Prozesses ist das Polieren oder Beschichten des Materials, um seine Oberflächengüte zu verbessern und sicherzustellen, dass es in Zukunft nicht leicht korrodiert.

Das Schmieden von Aluminium ist ein gängiges Verfahren, bei dem Metalle durch Krafteinwirkung geformt werden, und wird zur Herstellung einer breiten Palette von Produkten verwendet, von kleinen Teilen bis hin zu großen Strukturen.

Nützliche Tipps für das Aluminiumschmieden

Beachten Sie die folgenden Tipps, um erfolgreiches Aluminiumschmieden zu gewährleisten:

1. Wählen Sie die richtige Aluminiumlegierung: Wählen Sie die geeignete Legierung für Ihr Produkt, da verschiedene Legierungen unterschiedliche Schmiedetemperaturen und -eigenschaften aufweisen.
2. Beherrschen Sie die Temperatur: Vergewissern Sie sich durch häufige Beobachtung, dass die Temperatur des Aluminiumblocks der jeweiligen Legierung entspricht.
3. Verwenden Sie die richtige Ausrüstung: Verwenden Sie eine Schmiedepresse oder einen Hammer mit der richtigen Tonnage und dem richtigen Hub für die zu erledigende Aufgabe.
4. Zusammenarbeit mit erfahrenen Aluminium-Schmiedeunternehmen: Für diejenigen, die neu im Aluminiumschmieden sind, ist es ratsam, sich an ein Unternehmen zu wenden, das schon seit einiger Zeit in diesem Bereich tätig ist, wie z. B. Sincere Tech. Sie können Ihnen bei der Auswahl der richtigen Legierung, Temperatur und Ausrüstung helfen und Sie während des gesamten Schmiedeprozesses begleiten.

Vorteile von geschmiedeten Aluminiumteilen

Geschmiedete Aluminiumteile bieten zahlreiche Vorteile, einschließlich:Geschmiedete Aluminiumteile bieten zahlreiche Vorteile, einschließlich:

Stärke

Durch das Schmieden von Aluminium entstehen Teile, die robuster sind als solche, die durch Gießen und Bearbeitung entstehen. Der Faserverlauf im Material passt sich beim Schmieden der Form des Bauteils an, was die Festigkeit des Werkstoffs und damit die Lebensdauer des Bauteils erhöht. Geschmiedetes Aluminium wird auch bei Anwendungen bevorzugt, bei denen die Bauteile wiederholten Stoßbelastungen, zyklischen Belastungen und anderen stressigen Bedingungen ausgesetzt sind.

Kosten

Das Schmieden von Aluminium ist im Allgemeinen wirtschaftlicher, was die Vorlaufzeit, die Materialkosten und andere Fertigungsaspekte angeht. Im Vergleich zum Aluminiumdruckguss ist das Schmieden im Hinblick auf die Werkzeugausstattung relativ kostengünstig und hat eine höhere Produktionsrate.

Mechanische Eigenschaften

Durch die Metallumformung wird die Mikrostruktur von Aluminiumlegierungen positiv verändert und ihre mechanischen Eigenschaften verbessert. Dieses Verfahren erhöht die Zugfestigkeit, Streckgrenze, Zähigkeit und Ermüdungseigenschaften.

Langlebigkeit und Verlässlichkeit

Bei anderen Verfahren der Aluminiumumformung können Teile mit Porosität und Hohlräumen entstehen, was die Leistung beeinträchtigen kann. Diese Probleme werden durch das Schmieden gelöst, da es die Anwendung von Druckkräften beinhaltet, die die Leistung, Festigkeit und Zuverlässigkeit der geschmiedeten Produkte verbessern.

Maßliche Präzision

Aluminium ist beim Schmieden eine schwindungsfreie Legierung, da es bis zu seiner Rekristallisationstemperatur erhitzt wird, unabhängig davon, ob sie leicht darunter oder darüber liegt. Die Aluminiumknüppel werden in massiver Form verarbeitet, wodurch die Endprodukte eine hohe Maßgenauigkeit aufweisen.

Eigentumsvorbehalt

Der Schmiedeprozess verändert die hervorragenden Eigenschaften von Aluminium in keiner Weise. Das Metall wird gebogen, verdreht und verformt, wobei keine der positiven Eigenschaften des Metalls beeinträchtigt wird.

Reduzierung von Materialabfällen

Der heutige Fertigungssektor konzentriert sich hauptsächlich auf die Minimierung von Abfällen, um Kosten zu sparen, und Innovationen werden mit Techniken durchgeführt, die keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Beim Schmieden von Aluminium entsteht beim Freiform- und Gesenkschmieden ein Grat, der nach Abschluss des Zyklus leicht verwertet und recycelt werden kann. Daher ist das Abfallaufkommen recht gering, man kann sagen vernachlässigbar. Aluminium gehört zu den am häufigsten recycelten Metallen der Welt, und diese Eigenschaft macht es ideal für Anwendungen, die nachhaltige Teile oder Produkte erfordern, die auch in rauen Umgebungen eingesetzt werden können. .

Produktion großer Mengen

Das Aluminiumschmieden ist ein anspruchsvolles Verfahren der Metallbearbeitung, mit dem in kürzester Zeit Tausende von komplizierten, detaillierten Bauteilen hergestellt werden können. Der Prozess dauert in der Regel weniger Zeit von der Umwandlung von Design bis zur Fertigstellung des Produkts kann so wenig wie zwei Monate sein. Aluminiumschmieden ist ein Verfahren, bei dem eine große Menge an Aluminiumprodukten hergestellt wird, bei dem aber nur wenig Ausschuss anfällt.

Wichtigste Erkenntnisse

Aluminium Schmieden hat sich zu einer anpassungsfähigen, effektiven und weit verbreiteten Herstellungsmethode in verschiedenen Branchen entwickelt. Die Einhaltung der in diesem Leitfaden aufgeführten Schritte und Tipps führt zu einem erfolgreichen Aluminiumschmieden und zur Herstellung von Qualitätsprodukten, die den Anforderungen der Kunden entsprechen. Es wird empfohlen, die richtige Aluminiumlegierung zu wählen, die Temperatur zu kontrollieren, die richtigen Werkzeuge zu verwenden und mit einem erfahrenen Schmiedebetrieb zusammenzuarbeiten. Mit den richtigen Vorwärm-, Schmiede-, Abkühl- und Nachbearbeitungsmethoden ist es also möglich, Aluminiumprodukte herzustellen, die den höchsten Qualitäts- und Leistungsstandards entsprechen.

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