Wat is smeden? - Definitie, proces en typen

Wat is smeden?

Smeden is een productieproces waarbij metaal wordt gevormd door middel van hameren, persen of walsen. Deze drukkrachten worden geleverd met een hamer of matrijs. Smeden wordt vaak gecategoriseerd op basis van de temperatuur waarbij het koud, warm of heet smeden wordt uitgevoerd.

Een breed scala aan metalen kan worden gesmeed. Typische metalen die bij het smeden worden gebruikt, zijn koolstofstaal, gelegeerd staal en roestvrij staal. Zeer zachte metalen zoals aluminium, messing en koper kunnen ook worden gesmeed. Het smeedproces kan onderdelen produceren met uitstekende mechanische eigenschappen met een minimum aan afval.

Het basisconcept is dat het originele metaal plastisch wordt vervormd tot de gewenste geometrische vorm, waardoor het een hogere vermoeiingsweerstand en sterkte krijgt. Het proces is economisch verantwoord met de mogelijkheid om onderdelen in massa te produceren en specifieke mechanische eigenschappen in het eindproduct te bereiken.

Smeden wordt al millennia door smeden gedaan; de traditionele producten waren keukengerei, hardware, handgereedschap, scherpe wapens, cimbalen en sieraden.

Sinds de industriële revolutie worden gesmede onderdelen veel gebruikt in mechanismen en machines waar een onderdeel een hoge sterkte vereist; dergelijke smeedstukken vereisen meestal verdere bewerking (zoals machinale bewerking) om een ​​bijna afgewerkt onderdeel te bereiken. Tegenwoordig is smeden een belangrijke wereldwijde industrie.

Geschiedenis van smeden

Smeden wordt al duizenden jaren door smeden beoefend. In het begin waren brons en koper de meest voorkomende gesmede metalen in de bronstijd:later, toen het vermogen om de temperatuur te regelen en het smeltproces van ijzer werd ontdekt, werd ijzer het primaire gesmede metaal.

Traditionele producten zijn keukengerei, hardware, handgereedschap en scherpe wapens. Door de industriële revolutie werd smeden een efficiënter massaproductieproces. Sindsdien is het smeden geëvolueerd, samen met de vooruitgang in apparatuur, robotica, elektronische besturing en automatisering.

Smeden is nu een wereldwijde industrie met moderne smeedfaciliteiten die hoogwaardige metalen onderdelen produceren in een breed scala aan maten, vormen, materialen en afwerkingen.

Soorten smeedprocessen

Er zijn verschillende smeedmethoden met verschillende mogelijkheden en voordelen.

• Dropsmeden
• Rol smeden
• Pers smeden
• Verstoord smeden
• Koud smeden
• Precisie smeden
• Isotherm smeden

1. Drop Smeden

Druppelsmeden ontleent zijn naam aan het proces waarbij een hamer op het metaal valt om het in de vorm van de matrijs te gieten. De matrijs verwijst naar de oppervlakken die in contact komen met het metaal.

Er zijn twee soorten smeedwerk:smeden met open matrijs en smeden met gesloten matrijs. Matrijzen zijn meestal plat van vorm en sommige hebben duidelijk gevormde oppervlakken voor gespecialiseerde bewerkingen.

Smeden met open matrijs (smeden van smid)

Open-die smeden is ook bekend als smid smeden. Een hamer slaat en vervormt een metaal op een stationair aambeeld. Bij dit type smeedwerk wordt het metaal nooit volledig opgesloten in de matrijzen, waardoor het kan stromen, behalve in de gebieden waar het in contact is met de matrijzen.

Het is de verantwoordelijkheid van de operator om het metaal te oriënteren en te positioneren om de gewenste uiteindelijke vorm te bereiken. Er worden platte matrijzen gebruikt, waarvan sommige speciaal gevormde oppervlakken hebben voor gespecialiseerde bewerkingen. Smeden met open matrijs is geschikt voor eenvoudige en grote onderdelen, maar ook voor op maat gemaakte metalen onderdelen.

Voordelen van smeden met open matrijs:

• Betere weerstand en kracht tegen vermoeidheid
• Verkleint kans op fouten en/of gaten
• Verbetert microstructuur
• Continue graanstroom
• Fijnere korrelgrootte

Smeden met gesloten matrijs (impression-die)

Gesloten matrijzensmeedwerk wordt ook wel indruksmeden genoemd. Het metaal wordt in een matrijs geplaatst en aan een aambeeld bevestigd. De hamer valt op het metaal, waardoor het gaat stromen en de matrijsholten vult.

De hamer wordt getimed om snel achter elkaar in contact te komen met het metaal op een schaal van milliseconden. Overtollig metaal wordt uit de matrijsholten geduwd, wat resulteert in een flits. De flitser koelt sneller af dan de rest van het materiaal, waardoor het sterker is dan het metaal in de matrijs. Na het smeden wordt de flitser verwijderd.

Om ervoor te zorgen dat het metaal de laatste fase bereikt, wordt het door een reeks holtes in een matrijs verplaatst:

• Afdruk van randen (ook bekend als vol of buigen):de eerste indruk die wordt gebruikt om het metaal in een ruwe vorm te gieten.
• Caviteiten blokkeren:het metaal wordt bewerkt tot een vorm die meer lijkt op het eindproduct. Het metaal is gevormd met royale bochten en filets.
• Laatste afdrukholte:laatste fase van afwerking en detaillering van het metaal in de gewenste vorm.

Voordelen van smeden met gesloten matrijs:

• Produceert onderdelen tot 25 ton
• Produceert bijna netvormen die slechts een kleine hoeveelheid afwerking vereisen
• Economisch voor zware productie

2. Rol smeden

Rolsmeden bestaat uit twee cilindrische of halfcilindrische horizontale rollen die een rond of plat stafmateriaal vervormen. Dit werkt om de dikte te verminderen en de lengte te vergroten.

Deze verwarmde staaf wordt ingebracht en tussen de twee rollen geleid die elk een of meer gevormde groeven bevatten - en wordt geleidelijk gevormd terwijl het door de machine wordt gerold. Dit proces gaat door totdat de gewenste vorm en grootte zijn bereikt.

Voordelen van automatisch rolsmeden:

• Produceert weinig tot geen materiaalverspilling
• Creëert een gunstige korrelstructuur in het metaal
• Verkleint de dwarsdoorsnede van het metaal
• Produceert taps toelopende uiteinden

3. Pers smeden

Perssmeden maakt gebruik van een langzame, continue druk of kracht, in plaats van de impact die wordt gebruikt bij het smeden met een valhamer. De langzamere slag van de ram betekent dat de vervorming dieper reikt, zodat het volledige volume van het metaal gelijkmatig wordt beïnvloed.

Daarentegen is bij het smeden met een valhamer de vervorming vaak alleen aan de oppervlakte, terwijl de binnenkant van het metaal enigszins onvervormd blijft. Door de compressiesnelheid bij perssmeden te regelen, kan ook de interne spanning worden gecontroleerd.

Voordelen van perssmeden:

• Economisch voor zware productie
• Grotere nauwkeurigheid in toleranties binnen 0,01-0,02 inch
• Stempels hebben minder diepgang waardoor een betere maatnauwkeurigheid ontstaat
• Snelheid, druk en verplaatsing van de matrijs worden automatisch geregeld
• Procesautomatisering is mogelijk
• Capaciteit van persen varieert van 500-9000 ton

4. Boos smeden

Verstoord smeden is een fabricageproces dat de diameter van het metaal vergroot door de lengte ervan te comprimeren. Crankpersen, een speciale hogesnelheidsmachine, worden gebruikt bij verstoorde smeedprocessen.

Crankpersen worden meestal op een horizontaal vlak geplaatst om de efficiëntie en de snelle uitwisseling van metaal van het ene station naar het andere te verbeteren. Verticale crankpersen of een hydraulische pers zijn ook opties.

Voordelen van verstoord smeden:

• Hoge productiesnelheid tot 4500 onderdelen per uur
• Volledige automatisering is mogelijk
• Beëindiging van het smeden ontwerp en de flits
• Produceert weinig tot geen afval

5. Automatisch warm smeden

Bij automatisch warmsmeedwerk worden stalen staven met een lengte van een molen bij kamertemperatuur in het ene uiteinde van de smeedmachine gestoken en hete gesmede producten komen uit het andere uiteinde. De bar wordt in minder dan 60 seconden verwarmd met krachtige inductiespoelen tot een temperatuur van 2190-2370°F.

De reep wordt met rollers ontkalkt en tot blanco's gedeeld. Op dit punt wordt het metaal overgebracht door verschillende vormingsfasen die kunnen worden gekoppeld aan snelle koudvervormingsbewerkingen. Gewoonlijk wordt de koudvervormingsbewerking overgelaten aan de afwerkingsfase. Door dit te doen, kunnen de voordelen van koudbewerking worden geplukt, terwijl ook de hoge snelheid van automatisch warmsmeedwerk behouden blijft.

Voordelen van automatisch warm smeden:

• Hoge uitvoersnelheid
• Acceptatie van goedkope materialen
• Minimale arbeid vereist om machines te bedienen
• Produceert weinig tot geen materiaalverspilling (materiaalbesparing tussen 20-30% ten opzichte van conventioneel smeden)

6. Precisie smeden (netvormig of bijna netvormig smeden)

Precisiesmeedwerk vereist weinig tot geen eindbewerking. Het is een smeedmethode die is ontwikkeld om de kosten en verspilling die gepaard gaan met post-smeedbewerkingen tot een minimum te beperken. Kostenbesparingen worden bereikt door de vermindering van materiaal en energie, evenals de vermindering van de bewerking.

7. Isotherm smeden

Isotherm smeden is een smeedproces waarbij het metaal en de matrijs tot dezelfde temperatuur worden verwarmd. Adiabatische verwarming wordt gebruikt, er is geen netto overdracht van massa of thermische uitwisseling tussen het systeem en de externe omgeving.

De veranderingen zijn allemaal te wijten aan interne veranderingen die resulteren in sterk gecontroleerde reksnelheden. Vanwege het lagere warmteverlies kunnen voor dit smeedproces kleinere machines worden gebruikt.

Toepassing van smeden

Naast motor- en transmissieonderdelen worden smeedstukken gebruikt voor een breed scala aan tandwielen, tandwielen, hendels, assen, spindels, kogelgewrichten, wielnaven, rollen, jukken, asbalken, lagerhouders en schakels.

• In elke mechanische industrie worden voornamelijk gesmede producten gebruikt.
• Turbinerotor, generatorrotor enz. zijn gesmeed product.
• Het geeft een hogere vermoeiingssterkte, dus de meeste bewegende delen zoals krukas, nokkenastandwielen enz. worden gemaakt door smeedbewerking.
• Koud smeden wordt gebruikt om beitel, bouten enz. te produceren.
• Deze worden meestal gebruikt bij de productie van handgereedschap en hardware.
• Het wordt gebruikt in de scheepsbouw in verschillende constructiewerken.

Voordelen van smeden

Smeden zorgt voor betere mechanische eigenschappen, taaiheid en vermoeidheid, en slagvastheid omdat dit proces de graanstroom verfijnt en stuurt volgens de vorm van het stuk. Bijna alle metalen, ferro en non-ferro kunnen worden gesmeed.

• Onderdelen vervaardigd door smeden zijn sterker
• Het is betrouwbaarder en goedkoper
• Het biedt een betere respons op warmtebehandeling
• Het biedt consistentere en betere metallurgische eigenschappen
• Het biedt een breed scala aan producten
• Er zijn minder secundaire bewerkingen nodig
• Het heeft een grote ontwerpflexibiliteit

Nadelen van smeden

• Bij warm smeden is het moeilijk om secundaire bewerkingen uit te voeren
• De kapitaalkosten zijn hoger
• Er moeten zeer hoge veiligheidsprocedures voor mens en materiaal worden gevolgd