Oberflächentechnik

Festwalzen dünnwandiger Rohre optimiert Rohrinnenoberfläche

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Walzgeschwindigkeit, Vorschub und Walzübermaß entscheidende Parameter beim Festwalzen

Neben der Entwicklung geeigneter Vorrichtungen zum prozesssicheren Spannen der dünnwandigen Werkstücke während des Prozesses ist die Auswahl der Prozessparameter von entscheidender Bedeutung für das Prozessergebnis. Hierbei haben sowohl die Walzgeschwindigkeit und der Vorschub als auch das Walzübermaß einen großen Einfluss. Bei einem zu großen Walzübermaß tritt neben der Verfestigung der Randzone ein Materialfluss auf. Dieser bewirkt bei den sehr dünnen Bauteilen eine Längung in axialer Richtung. Da die Rohre eine sehr geringe Steifigkeit besitzen, kann dies zum Ausknicken des Bauteils in den Bereichen, die nicht ummantelt sind, führen. In Bild 8 ist ein Beispiel für diesen Effekt dargestellt.

Der zu große Materialfluss bewirkt eine Längung des Rohres. Da dieses in axialer Richtung in beiden Spannaufsätzen anliegt, kommt es zu einem Ausknicken des Bauteils. Dieses führt neben dem produzierten Ausschussbauteil zu einer radial wirkenden Werkzeugbelastung, aus der ein Werkzeugbruch resultieren kann. Um ein derartiges Werkzeugversagen zu vermeiden, sollte ein Walzübermaß von maximal 0,15 mm verwendet werden, um die Rohrinnenoberfläche zu verfestigen (Bild 9 und 10).

Schweißnaht in den Titanrohren durch das Walzen komplett geglättet

Das primäre Ziel der durchgeführten Arbeiten war die Optimierung der Rohrinnenoberfläche der im Luftfahrbereich aktuell verwendeten Titanrohre. Diese sind mit einer Schweißnaht ausgeführt, die aufgrund der rauen Oberfläche oftmals den Ausgangspunkt für die Entstehung von Biofilmen bildet. Durch den Walzprozess sollte insbesondere diese Schweißnaht geglättet werden. In Bild 11 sind die Rauheit und das Gefüge der Rohrinnenoberfläche vor und nach dem Prozess dargestellt. Bei qualitativer Beurteilung ist zu erkennen, dass die Schweißnaht komplett festgewalzt wurde und vom übrigen Oberflächenprofil nicht mehr unterschieden werden kann.

Auch die generelle Oberflächenbeschaffenheit wird durch den Walzprozess bei qualitativer Beurteilung verbessert. In den weißlichtmikroskopischen Bildern ist allerdings zu erkennen, dass auf der glatten Oberfläche leichte Aufschmierungen vorliegen. Diese verschlechtern das Prozessergebnis, wodurch die Rauheit insgesamt auf einem vergleichbaren Niveau wie im Ausgangszustand liegt. Darüber hinaus konnte durch den Prozess eine Veränderung des Gefüges bewirkt werden. Das verhältnismäßig grobkörnige Gefüge wird durch das Walzen wesentlich feiner. Dies ist ein Anzeichen für eine Erhöhung der Festigkeit.

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