Metallumformungsverfahren sind für die Teilekonstruktion von entscheidender Bedeutung und für Hersteller von großer Bedeutung. Lassen Sie uns heute die acht wichtigsten Metallumformungsverfahren untersuchen: Gießen, plastische Umformung, spanende Bearbeitung, Schweißen, Pulvermetallurgie, Metallspritzguss, Metallhalbfestformung und 3D-Druck.
01 Gießen
Beim Gießen wird geschmolzenes Metall in eine Form gegossen, die der Form und Größe des Teils entspricht. Anschließend lässt man es abkühlen und erstarren, um ein Rohteil oder ein fertiges Teil zu erhalten. Diese Methode ist allgemein als Flüssigmetallformung oder -gießen bekannt.
Ablauf: Schmelze → Füllen → Erstarrungsschrumpfung → Gießen
Eigenschaften:
Kann Teile mit komplexen Formen herstellen, insbesondere solche mit komplizierten inneren Hohlräumen.
Äußerst anpassungsfähig, ohne Einschränkungen hinsichtlich der Legierungsarten und nahezu unbegrenzter Gussgrößen.
Große Materialquellen, Abfall kann wieder eingeschmolzen werden, geringe Geräteinvestitionen.
Hoher Ausschuss, geringere Oberflächenqualität und schlechte Arbeitsbedingungen.
Gussarten:
Sandguss: Hierbei werden Gussteile in einer Sandform hergestellt. Geeignet für Stahl, Eisen und die meisten Nichteisenlegierungen.Technische Eigenschaften:
Geeignet für die Herstellung von Teilen mit komplexen Formen, insbesondere solchen mit komplizierten inneren Hohlräumen.
Breite Anpassungsfähigkeit und niedrige Kosten.
Bei Werkstoffen mit schlechter Verformbarkeit wie Gusseisen ist der Sandguss oft das einzig praktikable Formungsverfahren.
Anwendungen: Motorblöcke, Zylinderköpfe, Kurbelwellen in Automobilen.
Wachsausschmelzverfahren (Feinguss): Dabei wird aus einem Wachsmodell eine Form hergestellt, diese mit feuerfestem Material beschichtet, das Wachs ausgeschmolzen und anschließend geschmolzenes Metall in die Form gegossen.Vorteile:
Hohe Maß- und Geometriegenauigkeit.
Hohe Oberflächengüte.
Kann komplexe Formen ohne Einschränkungen hinsichtlich der Legierungsarten gießen.
Nachteile: Komplexer Prozess und höhere Kosten.
Anwendungen: Kleine Teile mit komplexen Formen und hohen Präzisionsanforderungen, wie z. B. Turbinenschaufeln.
Druckguss: Verwendet hohen Druck, um geschmolzenes Metall in eine Präzisionsform aus Metall zu pressen, wo es abkühlt und erstarrt.
Ablauf:
Vorteile:
Hoher Druck beim Gießen führt zu einem schnellen Metallfluss.
Gute Produktqualität, stabile Abmessungen und hohe Austauschbarkeit.
Hohe Produktionseffizienz und lange Lebensdauer der Form.
Geeignet für die Produktion großer Stückzahlen mit guten wirtschaftlichen Vorteilen.
Nachteile:
Anfällig für kleine Luftbläschen und Lunker.
Aufgrund der geringen Plastizität sind Gussteile für Stoßbelastungen oder Vibrationen ungeeignet.
Eine geringe Formlebensdauer bei Legierungen mit hohem Schmelzpunkt wirkt sich auf die Produktionsausweitung aus.
Anwendungen: Automobilindustrie, Instrumentierung, Landmaschinen, Werkzeugmaschinen, Elektronik, Verteidigung, medizinische Geräte und verschiedene Konsumgüter.
Niederdruckguss: Dabei wird eine Form unter niedrigem Druck ({{0}},02–0,06 MPa) mit flüssigem Metall gefüllt und unter Druck verfestigt.Technische Eigenschaften:
Durch den einstellbaren Gießdruck und die Geschwindigkeit ist es für verschiedene Formen und Legierungen geeignet.
Beim Gießen mit Anschnitt unten wird das Spritzen minimiert, die Gaseinschlüsse verringert und die Gussausbeute verbessert.
Dichtes Gussgefüge mit klaren Konturen und glatten Oberflächen, besonders vorteilhaft bei großen dünnwandigen Teilen.
Macht Steigleitungen überflüssig und verbessert die Metallausnutzung auf 90-98 %.
Geringere Arbeitsintensität und bessere Arbeitsbedingungen durch einfache Ausrüstung und einfache Automatisierung.
Anwendungen: Traditionelle Produkte wie Zylinderköpfe, Radnaben und Zylinderrahmen.
Schleuderguss: Dabei wird geschmolzenes Metall in eine rotierende Form gegossen, wo die Zentrifugalkraft die Form füllt und den Guss verfestigt.Vorteile:
Beseitigt Metallabfälle aus Gieß- und Steigsystemen und verbessert so die Prozessausbeute.
Verbessert die Metallfüllfähigkeit, insbesondere bei langen zylindrischen Teilen.
Hohe Dichte mit weniger Defekten wie Gaseinschlüssen und Einschlüssen, was zu überlegenen mechanischen Eigenschaften führt.
Ideal für die Herstellung von Zylinder- und Rohrgussteilen.
Nachteile:
Auf bestimmte Formen beschränkt; weniger geeignet für unregelmäßige Gussteile.
Bei rauen Oberflächen und großen Bearbeitungszugaben können die Innendurchmesser ungenau sein.
Anfällig für Segregation.
Anwendungen: Wird in Branchen wie Metallurgie, Bergbau, Transport, Bewässerungsmaschinen, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und Automobil verwendet. Zu den üblichen Produkten gehören Schleudergussrohre, Motorhülsen und Lagerbuchsen.
Metallformguss: Dabei wird geschmolzenes Metall unter Einwirkung der Schwerkraft in eine Metallform gegossen, wo es abkühlen und erstarren kann.Vorteile:
Schnelle Abkühlung aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Metallformen, was zu dichten Gussteilen mit besseren mechanischen Eigenschaften führt.
Höhere Maßgenauigkeit und geringere Oberflächenrauheit im Vergleich zum Sandguss.
Reduziert die Umweltbelastung und den Arbeitsaufwand durch die minimale Verwendung von Sandkernen.
Nachteile:
Metallformen sind nicht durchlässig und erfordern Maßnahmen zum Entlüften von Luft und Gasen.
Keine Formflexibilität, was zu Gussfehlern wie Rissen führen kann.
Lange Formenbauzyklen und höhere Kosten, daher vor allem bei der Produktion großer Stückzahlen wirtschaftlich.
Anwendungen: Geeignet für die Großserienproduktion komplexer Gussteile aus Aluminium, Magnesium und Nichteisenlegierungen sowie Stahl- und Eisengussteilen.
Vakuum-Druckguss: Ein fortschrittliches Druckgussverfahren, bei dem während des Gießens die Luft aus den Formhohlräumen entfernt wird, um die Gasporosität zu beseitigen oder zu verringern und die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächenqualität zu verbessern.Vorteile:
Reduziert die innere Gasporosität und verbessert die mechanische Leistung und Oberflächenqualität.
Ein niedriger Hohlraumgegendruck ermöglicht die Verwendung von niedrigerem Druck und schlechteren Gusslegierungen.
Verbessert die Füllbedingungen für dünnere Gussteile.
Nachteile:
Komplexe Formdichtungsstruktur, die die Herstellung und Installation schwierig und kostspielig macht.
Bei unzureichender Kontrolle kann die Wirksamkeit schwanken.
Strangpressen:
Direktextrusion: Umfasst das Aufsprühen der Beschichtung, das Eingießen der Legierung, das Schließen der Form, das Ausüben von Druck, das Aufrechterhalten des Drucks, das Ablassen des Drucks, das Entformen und das Zurücksetzen.
Indirekte Extrusion: Umfasst das Aufsprühen der Beschichtung, das Schließen der Form, die Materialzufuhr, das Füllen der Form, das Ausüben von Druck, das Aufrechterhalten des Drucks, das Ablassen des Drucks, das Entformen und das Zurücksetzen.
Technische Eigenschaften:
Beseitigt innere Defekte wie Lufteinschlüsse, Schrumpfungen und Hohlräume.
Geringe Oberflächenrauheit und hohe Maßgenauigkeit.
Verhindert Gussrisse und unterstützt die Mechanisierung und Automatisierung.
Anwendungen: Geeignet für die Herstellung verschiedener Legierungen, darunter Aluminium, Zink, Kupfer und Sphäroguss.
02 Plastische Umformung
Unter plastischer Umformung versteht man die Verarbeitung von Materialien unter Ausnutzung ihrer Plastizität unter äußeren Kräften von Werkzeugen und Formen, wobei nur minimale oder keine Schnitte durchgeführt werden. Zu den wichtigsten Arten zählen Schmieden, Walzen, Extrudieren, Ziehen und Stanzen.
Schmieden: Dabei wird auf Metallknüppel Druck ausgeübt, um eine plastische Verformung herbeizuführen. Dadurch entstehen Schmiedeteile mit spezifischen mechanischen Eigenschaften und Abmessungen.
Ablauf: Knüppel erwärmen → Knüppel vorbereiten → Formen → Beschneiden → Stanzen → Korrektur → Zwischenprüfung → Wärmebehandlung → Reinigen → Endprüfung
Eigenschaften:
Geschmiedete Teile weisen im Vergleich zu Gussteilen eine höhere Qualität auf und sind stoßfester sowie formbar und zäher.
Materialeinsparungen und reduzierte Bearbeitungszeit.
Hohe Produktionseffizienz.
Das Freischmieden eignet sich für kleine Chargen und bietet eine größere Flexibilität.
Anwendungen: Komponenten wie Walzen für große Stahlwerke, Zahnräder, Turbinenrotoren, Presszylinder, Achsen und Kurbelwellen.
Rollen: Dabei werden Metallblöcke durch rotierende Walzen geführt, um den Querschnitt zu verringern und die Länge zu erhöhen.Walzentypen: Längs-, Quer- und Schrägwalzen.
Längswalzen: Metall wird zwischen zwei Walzen hindurchgeführt, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, wodurch eine plastische Verformung entsteht.
Querwalzen: Die Verformungsrichtung richtet sich nach der Verarbeitung nach der Rollachse aus.
Schrägrollen: Metall erfährt eine spiralförmige Bewegung zwischen Walzen, die nicht parallel zueinander sind.
Anwendungen: Herstellung von Metallprofilen, -platten und -rohren; wird auch für nichtmetallische Werkstoffe wie Kunststoff und Glas verwendet.
Extrusion: Dabei wird ein Metallblock durch eine Matrize gepresst, um seinen Querschnitt zu verringern und seine Länge zu erhöhen.
Ablauf: Vorbereitung → Erhitzen → Extrudieren → Richten → Schneiden → Probenahme → Altern → Verpacken
Vorteile:
Große Auswahl an Produkten und Spezifikationen.
Hohe Produktionsflexibilität und Kleinchargeneignung.
Hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte.
Geringe Geräteinvestitionen und einfache Automatisierung.
Nachteile:
Erheblicher geometrischer Abfall.
Ungleichmäßiger Metallfluss.
Niedrige Extrusionsgeschwindigkeit und hoher Werkzeugverschleiß.
Anwendungen: Lange Stäbe, tiefe Löcher, dünnwandige Teile und komplexe Querschnitte.
Zeichnung: Verwendet eine externe Kraft, um Metall durch eine Matrize zu ziehen, um seinen Durchmesser zu verringern und die gewünschten Formen und Größen zu erreichen.Vorteile:
Hohe Maßgenauigkeit und glatte Oberflächen.
Gleichmäßige Dicke und kontrollierte Toleranzen.
Verbesserte mechanische Eigenschaften durch Kornausrichtung.
Nachteile:
Beschränkt auf Werkstoffe mit geeigneter Plastizität.
Hoher Werkzeug- und Matrizenverschleiß.
Komplexe und kostspielige Einrichtung für bestimmte Formen und Größen.
Anwendungen: Drähte, Rohre und dünnwandige Bauteile.
Stempeln: Dabei werden Metallbleche mithilfe von Matrizen und Pressen geformt und geschnitten, wodurch präzise Teile in großen Stückzahlen hergestellt werden.Vorteile:
Hohe Geschwindigkeit und Effizienz.
Gleichmäßige und präzise Teile.
Geeignet für die Produktion großer Stückzahlen.
Nachteile:
Hohe anfängliche Einrichtungskosten.
Beschränkt auf flaches Blech und bestimmte Formen.
Anwendungen: Karosserieteile, Haushaltsgeräte, Elektronik und andere Konsumgüter.
03 Bearbeitung
Die spanende Bearbeitung ist ein subtraktiver Fertigungsprozess, bei dem Material von einem Werkstück entfernt wird, um die gewünschten Formen und Abmessungen zu erreichen. Gängige Methoden sind Drehen, Fräsen, Bohren und Schleifen.
Drehen: Dabei wird ein Werkstück gegen ein Schneidwerkzeug gedreht, um ihm Form zu verleihen.Vorteile:
Geeignet zum Herstellen zylindrischer Teile mit hoher Präzision.
Flexibel und anpassbar für verschiedene Materialien und Größen.
Hohe Produktionseffizienz und Oberflächengüte.
Nachteile:
Beschränkt auf Rotationsformen.
Werkzeugverschleiß und Wartung.
Höherer Materialabfall im Vergleich zu einigen anderen Methoden.
Anwendungen: Wellen, Buchsen und andere zylindrische Komponenten.
Mahlen: Dabei wird ein Schneidwerkzeug rotiert, um Material von einem ruhenden Werkstück zu entfernen. Dadurch sind komplexe Formen und Merkmale möglich.Vorteile:
Vielseitig für verschiedene Formen und Größen.
Hohe Präzision und Oberflächengüte.
Geeignet sowohl für Metalle als auch für Nichtmetalle.
Nachteile:
Aufwändiges Rüsten und hoher Werkzeugverschleiß.
Beschränkt auf flache oder relativ einfache Geometrien.
Anwendungen: Teile mit komplexen Konturen, Taschen und Schlitzen.
Bohren: Dabei werden mit einem rotierenden Bohrer Löcher in ein Werkstück gebohrt.Vorteile:
Präzises und effizientes Erstellen von Löchern.
Für viele Materialien geeignet.
Einfache Einrichtung und Bedienung.
Nachteile:
Beschränkt auf die Locherstellung und zugehörige Funktionen.
Werkzeugverschleiß und Wartung.
Anwendungen: Löcher für Befestigungselemente, Montage und Zusammenbau.
Schleifen: Dabei wird mithilfe einer Schleifscheibe Material von einem Werkstück entfernt, um eine hohe Präzision und Oberflächengüte zu erzielen.Vorteile:
Hohe Präzision und feine Oberflächengüte.
Geeignet für harte und spröde Materialien.
Kann enge Toleranzen und komplexe Geometrien erreichen.
Nachteile:
Hoher Werkzeugverschleiß und Wartungsaufwand.
Langsamere Materialabtragsrate.
Anwendungen: Endbearbeitungsvorgänge, Präzisionsteile und harte Materialien.
04 Schweißen
Beim Schweißen werden zwei oder mehr Metallteile miteinander verbunden, indem ihre Oberflächen geschmolzen werden und miteinander verschmelzen. Zu den verschiedenen Verfahren gehören Lichtbogenschweißen, MIG-Schweißen, WIG-Schweißen und Widerstandsschweißen.
Lichtbogenschweißen: Verwendet einen Lichtbogen, um Hitze zu erzeugen und Metall zum Verbinden zu schmelzen.Arten:
Lichtbogenschweißen mit Schutzgas (SMAW): Allgemein als Stabschweißen bekannt. Dabei wird eine mit Flussmittel beschichtete Verbrauchselektrode verwendet.
Metallschutzgasschweißen (GMAW): Auch als MIG-Schweißen bekannt. Dabei werden eine kontinuierliche Drahtzufuhr und Schutzgas verwendet.
Wolfram-Inertgasschweißen (WIG-Schweißen): Auch als WIG-Schweißen bekannt, verwendet eine Wolframelektrode und erfordert einen separaten Füllstab.
Vorteile:
Vielseitig und für verschiedene Metalle und Stärken geeignet.
Hochwertige Schweißnähte mit minimalem Reinigungsaufwand nach dem Schweißen.
Geeignet sowohl für dünne als auch für dicke Materialien.
Nachteile:
Erfordert qualifiziertes Bedienpersonal und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen.
Hohe Gerätekosten und Wartung.
Anwendungen: Bauwesen, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt und allgemeine Fertigung.
Widerstandsschweissen: Nutzt elektrischen Widerstand, um Hitze zu erzeugen und Metalle durch Druck zu verbinden.Arten:
Punktschweißen: Verbindet Metallbleche durch punktuelle Druck- und Stromzufuhr.
Nahtverschweißung: Durchgehende Schweißnähte entlang überlappender Bleche.
Vorteile:
Hochgeschwindigkeitsschweißen, geeignet für die Großserienproduktion.
Minimale Nachreinigung nach dem Schweißen erforderlich.
Gleichbleibende Schweißqualität und Festigkeit.
Nachteile:
Beschränkt auf dünne Bleche und bestimmte Materialien.
Erfordert präzise Ausrichtung und Einrichtung.
Anwendungen: Automobilkarosserieteile, Geräteherstellung und Blechbearbeitung.
05 Pulvermetallurgie
Bei der Pulvermetallurgie werden Metallteile aus pulverförmigen Werkstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt. Diese Methode eignet sich ideal für komplexe Formen und Hochleistungsmaterialien.
Ablauf: Pulveraufbereitung → Mischen → Verdichten → Sintern → EndbearbeitungVorteile:
Kann komplexe Formen und Teile mit hoher Dichte herstellen.
Reduziert Materialabfall und verbessert die Materialausnutzung.
Geeignet für Hochleistungs- und Spezialmaterialien.
Nachteile:
Hohe anfängliche Einrichtungs- und Ausrüstungskosten.
Beschränkt auf bestimmte Materialien und Formen.
Anwendungen: Autoteile, Lager, Filter und Luft- und Raumfahrtkomponenten.
06 Metallspritzguss
Beim Metallspritzguss (MIM) werden Metallpulver mit einem Bindemittel vermischt, die Mischung in eine Form gespritzt und anschließend das Bindemittel entfernt und das Teil gesintert.
Ablauf: Pulvermischen → Spritzgießen → Entbindern → Sintern → EndbearbeitungVorteile:
Hohe Präzision und komplexe Formen.
Wenig Abfall und effizienter Materialeinsatz.
Geeignet für kleine und komplizierte Teile.
Nachteile:
Hohe Werkzeugkosten und komplexer Prozess.
Beschränkt auf bestimmte Metallpulver und Bindersysteme.
Anwendungen: Medizinische Geräte, Automobilkomponenten und Unterhaltungselektronik.
07 Metall-Halbfestformung
Bei der Metall-Halbfestformung werden Metalle im halbfesten Zustand verarbeitet, in dem sie sowohl flüssige als auch feste Eigenschaften aufweisen, wodurch komplexe Formen und hochfeste Teile möglich werden.
Ablauf: Erhitzen → Gießen → Erstarren → FertigstellenVorteile:
Produziert Teile mit feinen Mikrostrukturen und hohen mechanischen Eigenschaften.
Geeignet für komplexe Geometrien mit minimalen Defekten.
Reduzierter Bearbeitungsaufwand und Materialabfall.
Nachteile:
Erfordert eine präzise Kontrolle der Temperatur und der Materialeigenschaften.
Beschränkt auf bestimmte Legierungen und Verarbeitungsbedingungen.
Anwendungen: Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteile und Hochleistungsmaschinen.
08 3D-Druck
Beim 3D-Druck, auch als additive Fertigung bekannt, werden Teile aus digitalen Modellen unter Verwendung verschiedener Materialien Schicht für Schicht aufgebaut.
Arten:
Fused Deposition Modeling (FDM): Verwendet thermoplastische Filamente, die geschmolzen und Schicht für Schicht abgelagert werden.
Stereolithografie (SLA): Verwendet ultraviolettes Licht, um flüssiges Harz Schicht für Schicht auszuhärten.
Selektives Lasersintern (SLS): Verwendet einen Laser, um pulverförmiges Material zu festen Teilen zu sintern.
Elektronenstrahlschmelzen (EBM): Verwendet einen Elektronenstrahl zum Schmelzen und Verschmelzen von Metallpulvern.
Vorteile:
Schnelles Prototyping und Designflexibilität.
Geringer Materialabfall und anpassbare Teile.
Geeignet für komplexe Geometrien und die Produktion kleiner Stückzahlen.
Schnelle Bearbeitung und Produktion auf Abruf.
Reduzierte Vorlaufzeiten und Lagerkosten.
Kann leichte und komplexe Teile herstellen.
Direkt vom digitalen Modell zum physischen Teil.
Unterstützt eine breite Palette von Materialien, darunter Metalle, Kunststoffe und Keramik.
Ermöglicht die Erstellung komplexer Geometrien und benutzerdefinierter Designs.
Ermöglicht eine effiziente Produktion kleiner Stückzahlen.
Ermöglicht schnelle Iteration und Designänderungen.
Reduziert den Bedarf an herkömmlichem Werkzeug- und Formenbau.
Nachteile:
Begrenzte Materialeigenschaften und Größenbeschränkungen.
Höhere Kosten für bestimmte Materialien und Prozesse.
Langsamere Produktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden.
Die Oberflächenbeschaffenheit erfordert möglicherweise eine Nachbearbeitung.
Möglicherweise eingeschränkte Auflösung und Detailliertheit.
Abschluss
Das Verständnis der Eigenschaften, Vorteile und Nachteile verschiedener Metallumformungsverfahren ist für die Auswahl des geeigneten Verfahrens für eine bestimmte Anwendung von entscheidender Bedeutung. Jedes Verfahren bietet einzigartige Vorteile und Einschränkungen, sodass die Wahl auf die spezifischen Anforderungen des zu produzierenden Teils abgestimmt werden muss.
