Druckumformen Walzen

Definition Druckumformen Walzen

Druckumformen Walzen ist ein Fertigungsverfahren für ein stetiges oder schrittweises Druckumformen mit sich drehenden Werkzeugen (Die Walzen). Im Groben wird zwischen drei verschiedenen Walzarten unterschieden:

1. Längswalzen
2. Querwalzen
3. Schrägwalzen

Längswalzen

Beim Längswalzen wird das Werkstück senkrecht zu den Walzachsen ohne Drehung durch den Walzspalt bewegt. Das Werkstück tritt aus den Walzen mit der selben Querschnittsfläche in umgeformter Form (Breite und Höhe) an der anderen Seite wieder aus. Auf diese Weise werden Flach- oder Profilstähle erzeugt.

Querwalzen

Beim Querwalzen rotiert das Werkstück ohne Vorschub zwischen gleichsinnig umlaufenden Walzen um die eigene Achse. Auf diese Weise werden z.B. Ringe oder Gewinde hergestellt. Gewalzte Gewinde haben gegenüber gespanten Gewinden einige Vorteile:

• Wirtschaftlicher
• Durch Umformung verfestigte Gewindeflanken
• Ununterbrochener Faserverlauf
• pressblanke Oberfläche
• erhöhte Dauerfestigkeit

Schrägwalzen

Beim Schrägwalzen sind die Walzen ca. 3-6° zueinander gekreuzt angeordnet. Dadurch entsteht ein Längsvorschub in dem das Werkstück um seine eigene Achse rotiert. Durch Anlageleisten und eine Führungswalze wird das Werkstück im Walzspalt gehalten. Durch die gekreuzte Anordnung und die keglige Form der Walzen wird das Werkstück schraubenförmig über die Stopfenstange bewegt. Durch die Kegelwinkel verengt sich der Walzspalt, was zu einer Stauchung des Materials führt. Die radialen Zugspannungen in Kombination mit dem ständigen Wechsel der Beanspruchungsrichtung führen schließlich zum Aufreißen des Werkstücks in seiner Mitte. Der rotierende Stopfen glättet dann das innere des entstandenen Rohres und bewirkt dabei eine kontrollierbare Wanddicke mit verfestigter Oberfläche.

Walzgerüste

Beim Kaltwalzen kommen Gerüste mit mehreren Walzen zum Einsatz. Die Durchmesser der Arbeitswalzen sind üblicherweise klein dimensioniert, dadurch wird weniger Kraftaufwand benötigt. Durch die geringe Steifigkeit aufgrund der kleinen Durchmesser müssen diese jedoch durch größere Stützwalzen gestützt werden. Außer dem geringeren Kraftaufwand sind auch die Fertigungskosten kleiner dimensionierter Walzen deutlich geringer.

Kraft und Arbeitsbedarf beim Walzen

Quelle in Anlehnung an: (Wojahn, Aufgabensammlung Fertigungstechnik)

Verwendete Formelzeichen

Formeln

Umformgrad

$$\begin{gathered} \phi =\ln \left(\frac{A_0}{A_1}\right) \ln = \mathrm{Logarithmus} \mathrm{naturalis} \\ Für Prozentwert mit 100 multiplizieren \end{gathered}$$

Mittlere Formänderungsfestigkeit

$k_{fm}=\frac{a}{\phi }$

Umformkraft

$F=\frac{A_1}{2}·\frac{k_{fm}}{{\eta }_F}·\phi$

Umformarbeit

$W=2·F·l_1$

Drehmoment je Walze

$M=F·r$

Antriebsleistung

$$\begin{gathered} P_a=2·F·\nu \\ {P}_a=2·M·\omega \end{gathered}$$

Waagerechte Komponente der Normalkraft

$F_{NW}=F_N·\sin \left(\frac{{\alpha }_0}{2}\right)$

Waagrerechte Komponente der Reibkraft

$F_{RW}=F_R·\left(\frac{{\alpha }_0}{2}\right)$

Reibungszahl beim Warmwalzen (700 °C – 1200 °C)

$\mu =1,05–0,5·{10}^{–3}·T–0,056·\nu$

Reibkraft

$F_R=\mu ·F_N$

Maximale Dickenabnahme

$\Delta h=h_0–h_1=4·r·{\sin }^2·\left(\frac{{\alpha }_0}{2}\right)$

Druckwalzbedingung

${\alpha }_0<2·\rho$