Bestimmung des Verhältnisses von Stauchhöhe zu Durchmesser beim Schmieden

Unter Stauchen versteht man im Schmiedeprozess die Verformung eines Werkstücks, um seinen Durchmesser durch Stauchen in der Höhe zu vergrößern. Ein kritischer Parameter beim Stauchen ist dieHöhe-zu-Durchmesser-Verhältnis (H/D-Verhältnis), die eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der Qualität des Endprodukts und der Durchführbarkeit des Prozesses spielt. Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Verformung kontrolliert und gleichmäßig bleibt und Probleme wie Knicken, Risse oder Materialversagen verhindert werden.

Wie ist das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser?

Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser (H/D-Verhältnis) ist das Verhältnis zwischen der Höhe (oder Länge) des Werkstücks und seinem Durchmesser vor dem Schmieden. Dieses Verhältnis hilft zu bestimmen, wie stark ein Material durch den Stauchvorgang verformt werden kann. Typischerweise gilt: Je kleiner das Verhältnis, desto praktikabler ist der Stauchprozess, da kürzere, dickere Materialien größeren Druckkräften standhalten können, ohne zu knicken oder Defekte zu entwickeln.

Beispielsweise weist ein niedrigeres H/D-Verhältnis von 1,5:1 oder weniger auf ein stämmiges Werkstück hin, das hohe Druckbelastungen ohne nennenswerte Instabilitätsrisiken bewältigen kann. Andererseits würde ein höheres Verhältnis, beispielsweise 3:1 oder mehr, eine sorgfältigere Überlegung erfordern, da das Werkstück anfälliger für Verformungsfehler wird.

Wie ermittelt man das optimale H/D-Verhältnis?

Das ideale H/D-Verhältnis hängt von mehreren Faktoren ab, darunter den Materialeigenschaften, der Temperatur des Materials beim Schmieden und dem erforderlichen Verformungsgrad. Hier sind die wichtigsten Schritte zur Bestimmung des optimalen H/D-Verhältnisses für das Stauchen:

1. Materialeigenschaften: Unterschiedliche Materialien weisen unterschiedliche Druckfestigkeiten und Duktilität auf. Weichere Materialien wie Aluminium können stärkere Verformungen aushalten, ohne zu reißen, während härtere Materialien wie Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt möglicherweise ein niedrigeres H/D-Verhältnis erfordern, um übermäßige Spannungen zu vermeiden. Die Fließspannung des Materials, also die Spannung, die erforderlich ist, um das Material weiterhin plastisch zu verformen, muss berücksichtigt werden.
2. Temperaturbedingungen: Warmschmieden wird typischerweise bei Temperaturen durchgeführt, die die Duktilität des Materials verbessern und die erforderliche Kraft reduzieren. Höhere Temperaturen ermöglichen eine größere Verformung, was ein größeres Verhältnis von Höhe zu Durchmesser ermöglicht. Beim Kaltschmieden sollte das H/D-Verhältnis wegen der erhöhten Gefahr von Kaltverfestigung und Rissbildung kleiner gehalten werden.
3. Grad der Verformung: Das Ausmaß der erforderlichen Verformung ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Wenn eine deutliche Reduzierung der Höhe erforderlich ist, ist es von Vorteil, mit einem niedrigeren H/D-Verhältnis zu beginnen, um sicherzustellen, dass das Werkstück die erforderliche Kompression ohne Mängel durchmachen kann.
4. Fehler vermeiden: Bei der Bestimmung des H/D-Verhältnisses ist es wichtig, Fehler wie Knickungen zu vermeiden, die entstehen, wenn sich das Material beim Komprimieren faltet oder knittert. Um ein Knicken zu vermeiden, besteht eine typische Faustregel darin, beim allgemeinen Stauchschmieden ein anfängliches H/D-Verhältnis von weniger als 2:1 zu verwenden. Darüber hinaus sind Schmierung und die richtige Gestaltung der Matrize von entscheidender Bedeutung, um die Reibung zu minimieren und eine gleichmäßige Verformung sicherzustellen.

Praxisbeispiel

Betrachten Sie den Fall des Stauchens eines zylindrischen Stahlbarrens. Wenn die Ausgangshöhe des Knüppels 200 mm und der Durchmesser 100 mm beträgt, beträgt das H/D-Verhältnis 2:1. Wenn das Material relativ weich ist und Warmschmieden eingesetzt wird, kann dieses Verhältnis akzeptabel sein. Wenn jedoch Kaltschmieden verwendet wird, kann eine Reduzierung der Höhe zur Verringerung des H/D-Verhältnisses erforderlich sein, um Knicken oder Risse während des Stauchvorgangs zu vermeiden.

Abschluss

Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser beim Stauchen ist ein grundlegender Aspekt des Schmiedens, der den Erfolg des Prozesses bestimmt. Durch die sorgfältige Bewertung von Materialeigenschaften, Temperatur und Verformungsanforderungen kann ein optimales Verhältnis ermittelt werden, das die Herstellung hochwertiger, fehlerfreier Schmiedeteile gewährleistet.