Alles über das Walzen: Grundlagen, Verfahren und Anwendungen

Das Walzen gehört nach DIN 8582 zu den Grundverfahren in der Massivumformung und ist ein spanloses Fertigungsverfahren für meist metallische Werkstoffe. Durch Druckumformung zwischen zwei oder mehr rotierenden Walzwerken wird der Werkstoff umgeformt und sein Querschnitt verringert. Dazu wird das Werkstück unter Druck durch die Walzen hindurchgeführt. Die geometrische Gestaltung der Walzen und die Höhe der Druckspannung bestimmen dabei den Grad der Umformung und die Form des Endprodukts.

Walzen – Das spanlose Fertigungsverfahren

Das bedeutet, dass jeweils nur ein – im Verhältnis geringer – Teil des Werkstückes unmittelbar von der Umformung beansprucht wird. Das hängt mit der radialen Form der Werkzeuge zusammen. Die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Walze ist aufgrund der zylindrischen Walzenform eher klein, wodurch der Druck lokalisiert und effektiv auf das Material übertragen wird. Wenn das Werkstück zusätzlich vorher erwärmt wird, nimmt die benötigte Kraft beim Walzen weiterhin ab. Man spricht in diesem Fall vom Warmwalzen beziehungsweise einer Warmumformung, wenn ohne das vorherige Einbringen von Wärme das Material gewalzt wird, von Kaltwalzen beziehungsweise einer Kaltumformung.

Grundlagen des Walzprozesses

Der Walzprozess ist ein komplexer Vorgang, der mit der Reinigung und Vorbehandlung zur Reduktion von Oberflächenunreinheiten beginnt. Anschließend wird das Material zwischen zwei oder mehreren rotierenden Walzen, also schweren zylindrischen Trommeln, hindurchgeführt. Diese drehen sich in entgegengesetzte Richtungen und üben Druck auf das Material aus, wodurch es verformt und in seiner Länge gestreckt wird. Für diesen Vorgang sind Stoß- und Zugkräfte erforderlich, um das Werkstück durch die Walzen zu ziehen. Alternativ kann auch die Reibung ausreichend hoch sein, um für ein selbstständiges Einziehen zu sorgen. Wenn ein hoher Walzdruck benötigt wird, kommen mehrere Walzpaare zum Einsatz. Das ist zum Beispiel bei harten Materialien, wie hochfesten Stählen, oder für eine signifikante Reduktion der Materialdrücke der Fall.

Exakte Maße und Materialeigenschaften

Das bedeutet, dass jeweils nur ein – im Verhältnis geringer – Teil des Werkstückes unmittelbar von der Umformung beansprucht wird. Das hängt mit der radialen Form der Werkzeuge zusammen. Die Kontaktfläche zwischen Werkstück und Walze ist aufgrund der zylindrischen Walzenform eher klein, wodurch der Druck lokalisiert und effektiv auf das Material übertragen wird. Wenn das Werkstück zusätzlich vorher erwärmt wird, nimmt die benötigte Kraft beim Walzen weiterhin ab. Man spricht in diesem Fall vom Warmwalzen beziehungsweise einer Warmumformung, wenn ohne das vorherige Einbringen von Wärme das Material gewalzt wird, von Kaltwalzen beziehungsweise einer Kaltumformung.

Walzendruck und Walzspalt

Ein zentraler Faktor ist der Walzendruck. Er beeinflusst die Verformung des Materials maßgeblich und ist entscheidend für die Dicke und die mechanischen Eigenschaften des gewalzten Produkts. In modernen Walzgerüsten, die bis zu zwölf Walzen beinhalten können, spielen die direkt mit dem Material in Kontakt stehenden Arbeitswalzen eine Schlüsselrolle, während nachgeschaltete Hilfswalzen unterstützende Funktionen übernehmen. Der Walzspalt, also der Abstand zwischen den Walzen, ist ebenfalls entscheidend, da er die Enddicke des Werkstückes mitbestimmt. Eine präzise Steuerung dieses Abstands ist deshalb essenziell, um die gewünschten Maße des Endprodukts zu erreichen.

Temperaturkontrolle

Die Temperaturkontrolle ist unabdingbar, um eine ausreichende Formbarkeit des Materials ohne unerwünschte Spannungen oder Strukturveränderungen sicherzustellen. Dies ist besonders wichtig, wenn komplexe Formen oder Präzisionsprofile erstellt werden müssen und gilt für alle Walzverfahren, unabhängig von ihrer spezifischen Anwendung.

Die Härte des Materials

Zudem spielt die Härte des zu walzenden Materials eine wichtige Rolle, da sie beeinflusst, wie das Material auf den Walzprozess reagiert. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Einstellung anderer Parameter wie Druck und Walzgeschwindigkeit, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Rohrwalzen zur Rohrherstellung

Das Rohrwalzen ist ein mechanisches Verfahren in der Metallverarbeitung, bei dem Rohre gebogen und geformt werden. Dazu wird das Rohrmaterial durch eine spezialisierte Walzanlage geführt, um die gewünschte Biegung, Form oder Geometrie zu erzeugen. Dieser Prozess kann in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden, darunter die Herstellung von nahtlosen Rohren für die Energieerzeugung, den Bau von Rohrleitungen, die Automobilindustrie und vieles mehr. Das Rohrwalzen ermöglicht die Herstellung von Rohren mit präzisen Biegungen und Formen, was in vielen Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.

Ringwalzen

Ringwalzen ist ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Ringe aus Metall. Dabei wird ein kleinerer Metallring zwischen Walzen kontinuierlich gedehnt und geformt, um einen Ring größerer Dimension zu erzeugen. Dazu bedarf es zweier separater Walzspalten: Einer für die Ringwanddicke und eine für die Ringhöhe. Durch einen Radialwalzspalt wird die Dicke des Rings zwischen einer Hauptwalze und einer Dornwalze verändert, während im Axialwalzspalt die Höhe des Rings durch zwei kegelförmige Walzen angepasst wird. Durch diesen Prozess nimmt der Durchmesser des Rings zu. Die Maschine kann auch für die Herstellung speziell profilierter Ringe verwendet werden, indem entsprechend geformte Walzen eingesetzt werden. Diese Technik ermöglicht die Produktion von Ringen mit hohen Präzisionsmaßen und ist entscheidend für Anwendungen, bei denen die Qualität und Genauigkeit der Ringgeometrie kritisch sind.

Flach- und Profilwalzen

Das Flachwalzen ist vielseitig und ermöglicht die Herstellung von Produkten in einer Vielzahl von Dicken, von massiven Blechen bis hin zu feinen Folien. Beim Profilwalzen hingegen werden Kaliber verwendet, um eine breite Palette von Profilen zu erzeugen. Diese Kaliber, die die Form der Walzengravuren bestimmen, variieren von einfachen Formen wie rund oder quadratisch bis hin zu komplexeren Profilen wie Balken oder Schienen. Kaliber können auch nach ihrer Funktion klassifiziert werden, darunter Schweißkaliber, Entwicklungskaliber und Fertigwalzkaliber, um spezifische Profilarten und -größen zu produzieren.

Ultrapräzisionswalzen

Das Ultrapräzisionswalzen ist ein fortschrittliches Verfahren in der Metallverarbeitung, das sich durch extreme Genauigkeit auszeichnet. Es wird verwendet, um etwa Runddrähte mit geringen Durchmessern in verschiedene Formen und Profile mit präzisen Maßen zu walzen. Das Verfahren zeichnet sich durch hochpräzise und dynamische Walzanstellungen aus, die Toleranzen im Nanometer-Bereich ermöglichen. Das Ultrapräzisionswalzen findet Anwendung in der Herstellung von feinsten Drähten, die in Bereichen wie der Elektronik und der Medizintechnik benötigt werden. Dieses Verfahren setzt modernste Maschinentechnik ein und ermöglicht es, extrem feine und genaue Produkte mit hoher Qualität zu erzeugen.

Drahtreduzierwalzen

Wenn der Querschnitt von Drähten verringert werden muss, kommen Drahtreduzierwalzen zum Einsatz. Durch eine alternierende Bearbeitung durch Walzringen als Kaltwalzprozess wird der Draht nicht nur dünner, sondern auch fester und härter. Dazu durchläuft der Draht mehrere Walzenpaare, wobei er abwechselnd horizontal und vertikal von profilierten Walzringen bearbeitet wird. So können diverse Geometrien und Profilformen erstellt werden, wie zum Beispiel rund, oval oder rechteckig, mit beliebig vielen Ecken. Die Technologie zeichnet sich durch ihre Fähigkeit aus, hohe Querschnittreduzierungen zu erreichen und präzise Profile zu erzeugen. Die Walzgerüste sind robust und verwindungssteif konstruiert, um die Präzision und Effizienz des Prozesses zu gewährleisten.

Kurz zusammengefasst: Walzen

Das Walzen ist ein essenzieller Prozess in der Metallverarbeitung, der durch Druckumformung zwischen rotierenden Walzwerken die Stärke eines Materials reduziert und ihm eine spezifische Form verleiht. Dieser spanlose Fertigungsprozess ermöglicht die Herstellung einer Vielzahl von Produkten und erfordert eine präzise Abstimmung verschiedener Parameter wie Walzendruck, Walzspalt und Temperaturkontrolle.