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

Druckumformen Walzen

Quelle in Anlehnung an: (Wojahn, Aufgabensammlung Fertigungstechnik)

Verwendete Formelzeichen

α0[°]Greifwinkel
ε[%]bezogene Stauchung
ηF[%]Formänderungswirkungsgrad
μReibungszahl
ρ[°]Reibungswinkel
φ[%]Umformgrad
ω[s–1]Winkelgeschwindigkeit
a[Nmm/mm3]bezogene Formänderungsarbeit
(Diese Information wird meist aus einem Diagramm gewonnen.)
A0[mm2]Ausgangsquerschnitt
A1[mm2]umgeformter Querschnitt
d0[mm]Ausgangsdurchmesser
d1[mm]Durchmesser nach dem Umformen
F[N]Umformkraft
Fm[N]mittlere Stauchkraft
FN[N]Normalkraft
FNW[N]waagerechte Komponente der Normalkraft
FR[N]Reibkraft
FRW[N]waagerechte Komponente der Reibkraft
h0[mm]Werkstückdicke vor der Bearbeitung
h1[mm]Werkstückdicke nach der Bearbeitung
Δh[mm]maximale Dickenabnahme
kf0[N/mm2]Ausgangsformänderungsfestigkeit
kfE[N/mm2]Endformänderungsfestigkeit
kfm[N/mm2]mittlere Formänderungsfestigkeit
l[mm]Walzlänge, Rohlingslänge
M[Nm]Drehmoment
Pa[kW]Antriebsleistung
r[mm]Walzenradius
sStauchverhältnis
T(ϑ )[°]Temperatur des Walzgutes
ν[m/s]Walzengeschwindigkeit
V[mm3]umgeformtes Volumen
V0[mm3]Volumen des Rohlings
W[Nm]Umformarbeit

Formeln

Umformgrad

φ=lnA0A1 ln = Logarithmus naturalisFür Prozentwert mit 100 multiplizieren

Mittlere Formänderungsfestigkeit

kfm=aφ

Umformkraft

F=A12·kfmηF·φ

Umformarbeit

W=2·F·l1

Drehmoment je Walze

M=F·r

Antriebsleistung

Pa=2·F·νPa=2·M·ω

Waagerechte Komponente der Normalkraft

FNW=FN·sinα02

Waagrerechte Komponente der Reibkraft

FRW=FR·α02

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

μ=1,050,5·103·T0,056·ν

Reibkraft

FR=μ·FN

Maximale Dickenabnahme

Δh=h0h1=4·r·sin2·α02

Druckwalzbedingung

α0<2·ρ

Dieser Beitrag hat 5 Kommentare

  1. Erik

    Hallo Nils,
    hast du die Zeichnung selber angefertigt, oder aus welcher Literatur ist die entnommen? Müsste die Normalkraft nicht in Richtung des Walzenmittelpunktes und senkrecht zur Reibkraft wirken?
    BG Erik

    1. Nils

      Hallo Eric,

      ja ich habe die Zeichnung selber angefertigt. Da hat sich wohl ein Fehler eingeschlichen. Du hast natürlich recht, die Normalkraft wirkt wie jede andere auch orthogonal von der Walze auf das Werkstück. Angelehnt ist die Zeichnung aus dem Buch Aufgabensammlung Fertigungstechnik Danke für die Anmerkung!

  2. Eric

    Hallo,
    findet beim Längswalzen keine änderung der Breite des Bleches statt??
    BG Eric

    1. Nils

      Hallo Eric,

      entschuldige das ich jetzt erst antworte. Manchmal werden die Emails meiner eigenen Website gefiltert…

      Doch es findet auch eine Veränderung der Breite statt. Ich werde es in die Beschreibung mit aufnehmen. Danke die Anregung.

  3. Mohammed

    hiiiiiii
    Nils dein Information war gut
    Wir haben bekommen 1 auf Schule
    Ich mich bedanke sehr
    Liebe Grüße
    Mohammed

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