Dieses Quiz als Battle spielen: Wirtschaft, Klasse 5-6, G-Niveau

Umformwerkzeuge und Umformmaschinen auswählen - Schmied

Einleitung

Beim Schmieden wird Metall durch Druckkräfte plastisch umgeformt. Der Werkstoffzusammenhalt bleibt erhalten, während Form, Querschnitt und häufig auch die mechanischen Eigenschaften verändert werden. Für ein gutes Arbeitsergebnis musst Du das passende Umformwerkzeug, die geeignete Umformmaschine, eine sichere Werkstückaufnahme und geeignete Prüfmittel aufeinander abstimmen.

Der Lernkurs richtet sich an Auszubildende im Metallhandwerk, besonders an Lernende im Ausbildungsberuf Metallbauerin und Metallbauer der Fachrichtung Metallgestaltung. Zum Tätigkeitsbereich gehören das manuelle und maschinelle Schmieden, das Handhaben von Schmiedefeuern und schmiedbaren Werkstoffen sowie das Herstellen und Instandhalten von Schmiedewerkzeugen.

Nach diesem Kurs kannst Du Arbeitsaufträge analysieren, Umformwerkzeuge und Umformmaschinen fachgerecht auswählen, Gefährdungen erkennen und Deine Entscheidung mit Qualität, Stückzahl und Wirtschaftlichkeit begründen.

Lernziele

Umformen und Schmieden fachlich einordnen
Freiformschmieden und Gesenkschmieden unterscheiden
Handwerkzeuge und Maschinenwerkzeuge auswählen
Schmiedehämmer und Schmiedepressen vergleichen
Sicherheits- und Qualitätskriterien berücksichtigen
Eine Werkzeug- und Maschinenauswahl begründen

Grundlagen des Schmiedens

Freiformschmieden und Gesenkschmieden

Beim Freiformschmieden enthält das Werkzeug die Endform nicht vollständig. Das Werkstück wird schrittweise durch Recken, Stauchen, Breiten, Absetzen, Biegen oder Lochen geformt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Einzelstücke, Reparaturen, kleine Serien und große Werkstücke.

Beim Gesenkschmieden ist die Werkstückform ganz oder teilweise als Negativform im Gesenk enthalten. Das Verfahren ermöglicht hohe Wiederholgenauigkeit und ist bei größeren Stückzahlen wirtschaftlich. Die Herstellung der Gesenke erfordert jedoch einen höheren Aufwand.

Wichtige Umformoperationen

Umformoperation	Wirkung	Typische Werkzeuge
Recken	Werkstück verlängern und Querschnitt verkleinern	Hammerbahn, Reckgesenk, Kehlwerkzeug
Stauchen	Werkstück verkürzen und Querschnitt vergrößern	Hammer, Stauchplatte, Setzwerkzeug
Breiten	Werkstück verbreitern	Hammerfinne, Kreuzschlaghammer
Absetzen	Querschnittsübergang herstellen	Setzhammer, Ambosskante, Setzgesenk
Biegen	Werkstückachse krümmen	Ambosskante, Biegegabel, Biegedorn
Lochen	Öffnung im warmen Werkstück herstellen	Lochdorn, Lochplatte, Lochgesenk
Abschroten	Warmes Material trennen	Warmschrot, Abschrot
Kalibrieren	Endmaß und Endform verbessern	Kalibrierwerkzeug, Fertiggesenk

Umformwerkzeuge auswählen

Handhämmer

Ein Schmiedehammer besteht aus Bahn, Finne oder Pinne, Auge und Stiel. Masse, Form und Härte müssen zur Aufgabe passen. Ein zu schwerer Hammer verringert die Kontrolle, ein zu leichter Hammer liefert zu wenig Umformwirkung.

Handhammer: Für kontrollierte Schläge und genaue Formkorrekturen
Kreuzschlaghammer: Zum Breiten und gezielten Verteilen des Werkstoffs
Schlichthammer: Zum Glätten und Schlichten der Oberfläche
Vorschlaghammer: Für kräftige Schläge durch eine zweite Person
Setzhammer: Zum Herstellen definierter Absätze und ebener Flächen

Die Hammerbahn muss sauber und frei von Ausbrüchen sein. Der Stiel muss fest und unbeschädigt sitzen. Werkzeuge mit Rissen, lockeren Köpfen oder stark aufgestauchten Schlagköpfen dürfen nicht verwendet werden.

Amboss und Formwerkzeuge

Der Amboss nimmt die Schlagkräfte auf. Seine Bahn dient zum Schmieden und Richten, die Hörner zum Biegen und Formen. Vierkant- und Rundlöcher nehmen Einsteckwerkzeuge auf. Gesenkplatten und Gesenkstöcke besitzen Profile und Öffnungen für bestimmte Werkstückformen.

Schmiedezangen

Die Maulform der Schmiedezange muss zum Werkstückquerschnitt passen.

Zangenart	Geeigneter Querschnitt	Auswahlhinweis
Flachmaulzange	Flachmaterial	Maulflächen liegen möglichst vollflächig an
Rundmaulzange	Rundmaterial	Werkstück wird formschlüssig umfasst
Vierkantmaulzange	Vierkantmaterial	Maulweite passt zum Querschnitt
Wolfsmaulzange	Verschiedene kleinere Querschnitte	Nur bei sicherem Halt verwenden
Spezialzange	Wiederkehrende Sonderform	Maul ist an die Werkstückgeometrie angepasst

Ober- und Unterwerkzeuge

Ober- und Unterwerkzeuge arbeiten als Werkzeugpaar. Beispiele sind Reckgesenke, Kehlwerkzeuge, Rundgesenke, Setzwerkzeuge, Lochdorne und Abschrote. Vor dem Einsatz sind Aufnahme, Abmessungen, Werkstoff, Härte, Verschleißzustand, Befestigung und Fluchtung zu prüfen.

Umformmaschinen auswählen

Maschinenhammer

Ein Maschinenhammer formt durch kurze, schlagartige Energieübertragung um. Der bewegte Bär trifft mit dem Oberwerkzeug auf das Werkstück. Maschinenhämmer eignen sich für Freiformarbeiten, hohe Umformgeschwindigkeiten und wiederholte Schläge. Bauarten sind unter anderem Federhammer, Lufthammer, Fallhammer und Gegenschlaghammer.

Bei der Auswahl sind Bärgewicht, Schlagenergie, Hubzahl, lichte Höhe, Werkzeugaufnahme und Arbeitsraum wichtig.

Gesenkschmiedehammer

Der Gesenkschmiedehammer arbeitet mit Ober- und Untergesenk. Er eignet sich für wiederholbare Formgebung bei größeren Stückzahlen. Häufig wird über mehrere Stufen wie Vorformen, Fertigformen und Abgraten gearbeitet.

Schmiedepresse

Eine Schmiedepresse übt die Kraft langsamer und über einen längeren Weg als ein Hammer aus. Dadurch wirkt die Umformung tiefer in große Werkstückquerschnitte. Hydraulische Pressen eignen sich besonders für große Freiformschmiedestücke und kontrollierte Hübe.

Wichtige Auswahlgrößen sind Nennkraft, Hub, Einbauhöhe, Tisch- und Stößelabmessungen, Arbeitsgeschwindigkeit, Werkzeugaufnahme, Steuerung und Schutzeinrichtungen.

Wirkprinzipien vergleichen

Wirkprinzip	Typische Maschine	Kennzeichnende Größe
Energiegebunden	Fallhammer oder Spindelpresse	Arbeitsvermögen oder Energie
Kraftgebunden	Hydraulische Presse	Nennkraft
Weggebunden	Kurbel- oder Exzenterpresse	Hubweg und Kraftverlauf

Auswahl nach Arbeitsauftrag

Auswahlkriterien

Werkstück: Werkstoff, Ausgangsform, Abmessungen und Masse bestimmen
Zielgeometrie: Zeichnung, Toleranzen, Radien und Übergänge auswerten
Umformoperation: Recken, Stauchen, Biegen, Lochen oder Kalibrieren festlegen
Temperatur: Geeigneten Schmiedetemperaturbereich berücksichtigen
Stückzahl: Einzelstück, Kleinserie oder Serie unterscheiden
Werkzeug: Form, Größe, Aufnahme, Härte und Zustand prüfen
Maschine: Kraft oder Energie, Hub, Arbeitsraum und Genauigkeit vergleichen
Handhabung: Zange, Manipulator oder Hebezeug festlegen
Sicherheit: Schutzmaßnahmen und Unterweisung berücksichtigen
Wirtschaftlichkeit: Rüstzeit, Werkzeugkosten, Bearbeitungszeit und Ausschuss abwägen

Entscheidungsmatrix

Fertigungsaufgabe	Werkzeug	Maschine	Begründung
Einzelnes Zierelement aus Flachstahl	Handhammer, Amboss, Flachmaulzange	Handarbeit oder kleiner Lufthammer	Hohe Flexibilität und geringe Rüstkosten
Wiederkehrender Absatz	Setzwerkzeug als Ober- und Unterwerkzeug	Lufthammer oder Presse	Gleichmäßige Geometrie
Große Welle	Breite Schmiedesättel	Hydraulische Schmiedepresse	Hohe Kraft und tiefe Umformwirkung
Serienbauteil mit komplexer Kontur	Mehrstufiges Gesenk	Gesenkschmiedehammer oder Presse	Hohe Wiederholgenauigkeit
Loch im warmen Einzelstück	Lochdorn und Lochplatte	Handhammer oder Lufthammer	Flexible Werkzeugwahl

Arbeitssicherheit und Qualität

Schmiedearbeiten verbinden hohe Temperaturen, bewegte Maschinen, große Kräfte, Lärm, Zunder, Rauch und schwere Werkstücke. Die Werkzeug- und Maschinenauswahl ist deshalb immer auch eine Sicherheitsentscheidung.

Wichtige Schutzmaßnahmen

Nur unterwiesene Personen bedienen die Maschine
Betriebsanleitung und Betriebsanweisung beachten
Schutzeinrichtungen und Not-Halt prüfen
Ober- und Unterwerkzeug sicher befestigen und ausrichten
Geeignete Zange oder Handhabungseinrichtung verwenden
Augen- oder Gesichtsschutz, Gehörschutz, Schutzkleidung und Sicherheitsschuhe tragen
Niemals in den Werkzeugraum einer bewegungsbereiten Maschine greifen
Beschädigte Werkzeuge und Maschinen nicht weiterverwenden

Typische Fehler

Fehler	Mögliche Ursache	Maßnahme
Überfaltung	Ungünstiger Werkstofffluss oder falsche Vorform	Werkzeugfolge oder Vorform ändern
Unterfüllung	Zu wenig Werkstoff, zu geringe Temperatur oder zu wenig Energie	Rohteilvolumen, Erwärmung und Maschine prüfen
Riss	Zu niedrige Temperatur oder scharfe Werkzeugkante	Temperatur und Werkzeugradius anpassen
Druckstelle	Beschädigte oder verschmutzte Werkzeugfläche	Werkzeug instand setzen
Unsymmetrische Form	Werkzeugversatz oder unsichere Führung	Fluchtung und Haltewerkzeug verbessern

Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit

Handwerkzeuge haben geringe Rüstkosten, benötigen aber mehr Arbeitszeit. Gesenke sind aufwendig, können bei großen Stückzahlen jedoch kurze Taktzeiten und gleichmäßige Qualität ermöglichen. Eine passend ausgelegte Maschine verringert unnötigen Energieverbrauch. Gute Vorformen reduzieren Grat, Materialverlust und Nacharbeit. Regelmäßige Werkzeugpflege verlängert die Standzeit und vermindert Ausschuss.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welches Merkmal kennzeichnet das Freiformschmieden? (Die Endform ist nicht vollständig im Werkzeug enthalten) (!Die Endform ist vollständig in einem geschlossenen Gesenk enthalten) (!Es wird ausschließlich bei Raumtemperatur gearbeitet) (!Es wird Material spanend entfernt)

Welches Werkzeug eignet sich vorrangig zum sicheren Halten von Rundmaterial? (Rundmaulzange) (!Flachmeißel) (!Schlichthammer) (!Lochplatte)

Welche Maschine bringt die Umformkraft typischerweise langsam und kontrolliert auf? (Hydraulische Schmiedepresse) (!Fallhammer) (!Vorschlaghammer) (!Schleifmaschine)

Welche Größe ist bei einem Hammer besonders kennzeichnend? (Arbeitsvermögen oder Schlagenergie) (!Bohrerdurchmesser) (!Schnittgeschwindigkeit) (!Schweißstrom)

Welches Werkzeug wird zum Warmlochen verwendet? (Lochdorn) (!Schlichthammer) (!Flachmaulzange) (!Biegeschablone)

Wann ist ein Gesenk besonders wirtschaftlich? (Bei einer ausreichend großen Zahl gleichartiger Werkstücke) (!Bei jedem einmaligen Reparaturauftrag) (!Nur bei kalten Werkstücken) (!Nur beim Trennen von Blechen)

Was ist vor dem Einsatz eines Werkzeugpaars zu prüfen? (Fluchtung, Befestigung und Werkzeugzustand) (!Nur die Farbe der Maschine) (!Nur das Gewicht der Zange) (!Nur die Länge des Werkstücks)

Welche Umformoperation verlängert das Werkstück und verkleinert den Querschnitt? (Recken) (!Stauchen) (!Lochen) (!Kalibrieren)

Welche Maßnahme ist beim Arbeiten an einer Schmiedemaschine richtig? (Nicht in den Werkzeugraum einer bewegungsbereiten Maschine greifen) (!Defekte Werkzeuge bis zum Schichtende weiterverwenden) (!Heiße Werkstücke ohne geeignete Haltevorrichtung führen) (!Schutzeinrichtungen zur Zeitersparnis überbrücken)

Welcher Fehler kann durch ein nicht fluchtendes Werkzeugpaar entstehen? (Unsymmetrische Form) (!Höhere Werkstoffdichte ohne Formänderung) (!Automatische Verbesserung der Oberfläche) (!Vollständige Beseitigung des Zunders)

Memory

Recken	Verlängern und Querschnitt verkleinern
Stauchen	Verkürzen und Querschnitt vergrößern
Lochdorn	Öffnung im warmen Werkstück herstellen
Rundmaulzange	Rundmaterial sicher halten
Gesenk	Negativform des Schmiedeteils
Lufthammer	Schlagartige maschinelle Umformung
Hydraulikpresse	Langsame kraftgebundene Umformung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Flachmaulzange	Flachmaterial halten
Reckgesenk	Werkstück verlängern
Lochdorn	Öffnung warm herstellen
Schlichthammer	Oberfläche glätten
Hydraulikpresse	Große Querschnitte langsam umformen

Kreuzworträtsel

Amboss	Welche Unterlage nimmt beim Handschmieden die Schläge auf?
Gesenk	Welches Werkzeug enthält die Werkstückform als Negativ?
Zange	Womit wird ein heißes Werkstück gehalten?
Lufthammer	Welche Maschine erzeugt Schläge mit Druckluft?
Schmiedepresse	Welche Maschine formt langsam mit hoher Kraft um?
Zunder	Wie heißt die Oxidschicht auf erhitztem Stahl?

LearningApps

Lückentext

Beim Schmieden wird Metall durch

plastisch umgeformt. Beim

enthält das Werkzeug die Endform nicht vollständig. Beim Gesenkschmieden liegt die Kontur als

im Werkzeug. Das Verlängern bei gleichzeitiger Querschnittsverringerung heißt

. Das Verkürzen bei gleichzeitiger Querschnittsvergrößerung heißt

. Für Rundmaterial wird eine

ausgewählt. Eine hydraulische Presse wird über ihre

beurteilt. Ein Hammer wird wesentlich durch seine

gekennzeichnet. Ober- und Unterwerkzeuge müssen zueinander

. Vor dem Maschineneinsatz sind Werkzeugzustand und

zu prüfen.

Offene Aufgaben

Leicht

Werkzeugsteckbrief: Zeichne einen Schmiedehammer und beschrifte Bahn, Finne, Auge und Stiel.
Zangenvergleich: Vergleiche drei Schmiedezangen und ordne passende Werkstückquerschnitte zu.
Gefährdungscheck: Erstelle eine Bildkarte mit fünf Gefährdungen und Schutzmaßnahmen.
Umformoperationen: Gestalte ein Plakat zu Recken, Stauchen, Biegen und Lochen.

Standard

Auswahlmatrix: Entwickle für fünf Schmiedeaufträge eine Tabelle aus Werkstoff, Stückzahl, Werkzeug, Maschine und Begründung.
Werkzeugprüfung: Erstelle eine Prüfliste für Hammer, Zange sowie Ober- und Unterwerkzeug.
Maschinenvergleich: Vergleiche Lufthammer und hydraulische Presse nach Wirkprinzip, Einsatz und Gefährdung.
Arbeitsplan Haken: Plane die Herstellung eines geschmiedeten Hakens mit Werkzeugen, Maschine und Prüfmitteln.

Schwer

Gesenkkonzept: Entwirf für ein Serienteil eine Folge aus Vorform, Fertigform und Kalibrierung.
Wirtschaftlichkeitsvergleich: Vergleiche Handarbeit, Lufthammer und Gesenkfertigung für drei Stückzahlen.
Fehleranalyse Schmiedeteil: Analysiere ein fehlerhaftes Schmiedeteil und leite Verbesserungen ab.
Unterweisungsvideo: Produziere ein kurzes Video zur sicheren Werkzeugauswahl am Maschinenhammer.

Lernkontrolle

Fallanalyse Einzelstück: Begründe die Werkzeug- und Maschinenauswahl für ein einmaliges Zierelement.
Transfer Serienauftrag: Erkläre, wie sich die Auswahl verändert, wenn die Stückzahl stark steigt.
Sicherheitsbewertung: Analysiere einen Arbeitsplatz mit lockerem Hammerstiel, unpassender Zange und beschädigtem Untergesenk.
Fehlerursache Unterfüllung: Entwickle mögliche Ursachen einer Unterfüllung und einen Prüfplan.
Maschinenentscheidung: Vergleiche Hammer und hydraulische Presse für eine große Welle.
Nachhaltigkeitsbewertung: Erkläre den Einfluss von Vorform, Maschinengröße und Werkzeugpflege auf Material und Energie.