Fertigungsverfahren von Metallteilen

Die drei grundlegenden Stufen im Herstellungsprozess von Metallteilen sind Trennung, Weiterverarbeitung und Umformung.

Trennung

Trennung ist der Prozess der Formgebung durch das Entfernen von überschüssigem Material zum Beispiel durch Spanen oder Schneiden.

Schneiden

Für die Metallbearbeitung durch Schneiden werden hauptsächlich drei Arten von Werkzeugmaschinen verwendet.

Drehbank

Die Bearbeitung mit einer Drehmaschine wird als Drehen bezeichnet.
Dieser Vorgang entfernt Material von dem sich drehenden Werkstück. Das Werkzeug selbst rotiert nicht.

Fräsmaschine

Die Bearbeitung mit einer Fräsmaschine wird als Fräsen bezeichnet. Während beim oben beschriebenen Drehen das Werkzeug selbst nicht rotiert, werden beim Fräsen mehrere Schneidwerkzeuge, die mit hoher Geschwindigkeit rotieren, zum Schneiden von glatten Oberflächen eingesetzt.

Bohrmaschine

Die Bearbeitung mit einer Bohrmaschine wird als Bohren oder auch als "Reibe" bezeichnet.
Nach dem Bohren eines Bohrlochs mit einem Bohrer wird für das Reiben eine Reibahle verwendet, um die Größe des Lochs zu erweitern oder das Bohrloch zu vollenden.

Schleifen

Schleifen ist der Prozess der Oberflächenbehandlung des Materials unter Verwendung der harten, abrasiven Partikel eines Schleifsteins. In letzter Zeit besteht ein Bedarf für hohe Präzision in Hinsicht auf Maßgenauigkeit und Oberflächenrauhigkeit. Der Schleifvorgang ist erforderlich, nachdem der Schneidvorgang abgeschlossen ist. Zur weiteren Kontrolle der Oberflächenrauhigkeit kann nach dem Schleifen ein Poliervorgang folgen.

Schleifmaschine

Es gibt verschiedene Arten von Schleifmaschinen, die für unterschiedliche Verarbeitungsprozesse verwendet werden. Wenn die Ebenheit einer Oberfläche erhöht werden soll, wird eine Flachschleifmaschine gewählt. Wenn die Rundheit oder Zylinderförmigkeit einer Oberfläche erhöht werden soll, ist eine Rundschleifmaschine besser geeignet. Zum Schleifen der Innenseite einer Öffnung wird eine Innenschleifmaschine verwendet.

Weiterverarbeitung

Die Weiterverarbeitung dient zum Beispiel für das Erzielen von zusätzlichen Oberflächeneigenschaften unter Verwendung von Klebematerialien und anderen Verarbeitungsverfahren.

Schweißen

Schweißen ist ein Verfahren zum Verbinden und Integrieren von zwei oder mehr separaten Materialien durch Anwendung von Wärme und Druck.

Die gebräuchlichsten Schweißmethoden sind unten aufgeführt.

• ・ Lichtbogenschweißen
• ・ Autogenschweißen
• ・ WIG-Schweißen
• ・ Hartlöten

Lichtbogenschweißen

Diese Methode verwendet einen Elektrolichtbogen zum Schweißen. Durch die Erzeugung eines Lichtbogens zwischen dem Schweißstab und den bearbeiteten Materialien schmilzt der Schweißstab und bildet eine Verbindung zwischen den Materialien.

Autogenschweißen

Hierbei wird ein sogenannter Autogenschweißer verwendet, der Wärme aus Gas erzeugt und das Grundmaterial und den Schweißstab durch Schmelzen verbindet.
Im Vergleich zum Lichtbogenschweißen ist die Schweißzeit länger, und die größere Oberfläche des Schweißbereichs resultiert in einer Abnahme der Schweißfestigkeit.

WIG-Schweißen

Die Abkürzung WIG-Schweißen steht für Wolfram-Inertgas-Schweißen (auch als TIG-Schweißen oder Tungsten-Inertgas-Schweißen bezeichnet). Dieses Verfahren verwendet einen Gasschweißer, um das Material und den Schweißstab durch die Wärme des Gases zu schmelzen.
Im Vergleich zum Lichtbogenschweißen benötigt WIG-Schweißen mehr Zeit. Die Ausdehnung der Schweißoberfläche ist größer und die Schweissfestigkeit niedriger. Es lässt sich jedoch eine optisch ansprechende Oberfläche erzielen.

Hartlöten

Beim Hartlöten wird das Material selbst nicht geschmolzen. Vielmehr wird ein Füllmaterial verwendet, das einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als das zu verarbeitende Material hat und das im geschmolzenen Zustand zwischen die Werkstücke gegeben wird. Da diese nicht schmelzen ist die Schweißfestigkeit geringer als mit anderen Methoden. Hartlöten ist jedoch gut geeignet, um Verbindungen mit hoher Genauigkeit zu schaffen.

Pressschweißen

Beim Pressschweißen wird mechanischer Druck ausgeübt, um eine Verbindung herzustellen.

Reibschweißen

Bei dieser Methode werden die zu verbindenden Metallmaterialien mit hoher Geschwindigkeit aneinander gerieben. Die durch Reibung entstehende Wärme bewirkt eine Erweichung, welche in Verbindung mit externem Druck dazu verwendet wird, eine Verbindung herzustellen.
Das Reibschweißen ermöglicht Verbindungen von Materialien, die anderweitig schwer zu kombinieren sind, wie zum Beispiel Aluminium und Edelstahl oder Kupfer und Aluminium. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schweißverfahren beinhaltet der Prozess kein Gas oder Verdampfung. Reibschweißen wird daher als umweltfreundlich eingestuft.

Umformung

Dieser Prozess dient dazu, dem Material die gewünschte Form zu geben.

Gießen

Gießen ist eine Produktionsmethode bei der geschmolzenes Metall wie Eisen, Aluminium oder Kupfer in eine Form gegossen wird, um ein Produkt zu erzeugen.
Reifenfelgen, Motorblöcke, Ventile und Gullydeckel werden zum Beispiel mit dieser Methode gefertigt.

Es gibt viele verschiede Gussmethoden und -formen, die je nach dem angestrebten Ergebnis ausgewählt werden.

• ・ Sandguss
• ・ Metallformgießen
• ・ Druckguss
• ・ Wachsausschmelzverfahren

Druckguss

Druckguss oder Druckgießen ist eine Art von Metall-Formguss, beim das geschmolzene Metall unter Druck in eine Form gegeben wird. Das Resultat ist hohe Maßgenauigkeit und eine glatte Oberfläche des fertigen Produkts.
Diese Methode wird normalerweise für die Verarbeitung von Aluminium, Magnesium oder Zink als Spritzgut verwendet.

Wachsausschmelzverfahren

Bei diesem Gussverfahren wird Wachs mit relativ niedriger Temperatur eingesetzt.
Zuerst modelliert man die gewünschte Form aus Wachs und umgibt diese dann mit einer Einbettmasse aus Gießereisand. Das Wachs wird ausgeschmolzen, so dass der Formhohlraum entsteht. Schließlich wird geschmolzenes Metall in die Form gegossen.

Schmiedegussverfahren

Beim Schmiedeguss wird das Metallmaterial zuerst durch Erhitzen weich gemacht und dann mit einem Hammer in die gewünschte Form geschlagen.

Heißschmieden und Kaltschmieden

Heißschmieden ist eine Art von Schmieden durch die Anwendung von Wärme, während Kaltschmieden bei Zimmertemperatur erfolgt.
Gussformen für Heißschmieden erzeugen normalerweise Produkte mit hoher Haltbarkeit. Gussformen für Kaltschmieden dagegen dienen zum Herstellen von Produkten mit hoher Maßgenauigkeit.

Metallpressverfahren

Beim Metallpressverfahren werden Metallmaterialien mit gepaarten Werkzeugen zusammengepresst, so dass sich das Metall in die Form des Werkzeugs verformt.
Hierbei gibt es zwei Verarbeitungsmethoden, die als Stanzen und Prägen bezeichnet werden.

Stanzen

Das Stanzen erfordert ein hohles Werkzeug (konvexe Form) und ein Werkzeug mit einem 5 bis 10% dicken Spalt (konkave Form) für das Material. Mithilfe dieser Werkzeuge werden Teile aus dem Material ausgestanzt. Für das Ausstanzen aus dünnem Material wird ein Werkzeug mit hoher Präzision benötigt, während das Ausstanzen eines dicken Materials ein starkes Werkzeug erfordert, das dem spezifischen Gewicht standhalten kann.

Prägen

Das Prägen erfordert spezielle Werkzeuge wie Schlagmatrizen und Stempel. Der Prozess erzeugt ein hohles Produkt aus einem Plattenmaterial. Je nach der Form des Produktes werden zylindrische Stempel oder vierkantige Rohrstempel verwendet. Der zylindrische Stempel hält die Umgebung der zylindrischen Platte fest und wird bis zur Mitte der Platte heruntergedrückt.
Der vierkantige Rohrstempel erfordert kompliziertere Verfahren.

Pulvermetallurgie

Pulvermetallurgie ist eine Technologie, welche die Kompression von pulverisiertem Metall und anschließendes Sintern bei hoher Temperatur beinhaltet, um Werkstücke mit hoher Präzision zu erzeugen. Unter Verwendung von Materialien wie Eisen, Kupfer und Nickel wird das Rohmaterialpulver hergestellt und in eine Musterform gegeben. Dies wird dann mit einer Pressmaschine komprimiert, um ein geformtes Produkt zu erzeugen.

Metallspritzgussverfahren

Diese auch als MIM (Metal Injection Molding) bekannte Methode basiert auf Spritzgussmaschinen wie sie auch zur Herstellung von Kunststoffprodukten verwendet werden. Durch Gießen von geschmolzenen Pulvermetall bei hoher Temperatur in eine Musterform und Abkühlen für eine gewisse Zeitdauer kann ein geformtes Teil erzeugt werden.

Fertigungszyklus von Metallteilen

Wenn der oben beschriebene materialbezogene Fertigungsprozess von Metallteilen abgeschlossen ist, folgt in der Regel noch die präzise Nachbearbeitung. Dies komplettiert den generellen Fertigungszyklus.
Die Umformung gehört noch zum Materialprozess.
Die materialverarbeitende Industrie ist von hoher Bedeutung für die gesamte japanische Fertigungsindustrie. Hinsichtlich Qualität, Produktionsvolumen und Produktionswert steht die materialverarbeitende Industrie in Japan weltweit auf höchstem Rang.