Oberflächentechnik Spitzen abgebaut

Glatt- und Festwalzen sind Alternativen zu abtragenden Verfahren der Metallbearbeitung.

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Immer wieder gibt es beim Glattwalzen Anwendungen, bei der das Einspannen der Werkzeuge in Drehmaschinen nicht mehr als sinnvoll erscheint. Daher hat die Ecoroll AG, Celle, die aus der Hegenscheidt Werkzeugmaschinen GmbH hervorgegangen ist, das Produktspektrum zum Glattwalzen um Maschinen erweitert. In der Vergangenheit umfasste die Palette fast nur Werkzeuge. Auf der EMO Hannover 2005 stellt Ecocroll nun eine Glattwalzmaschine vor, die nicht nur zylindrische Werkstücke mit 3 bis 45 mm Durchmesser bearbeiten, sondern auch direkt neben einer Drehmaschine aufgestellt werden kann. Das versetzt den Werker in die Lage, das Glattwalzen zeitgleich auf zwei Maschinen anzuwenden.Zwischen Glatt- und Festwalzen werden häufig in der Metallbearbeitung keine sprachlichen Unterschiede gemacht. So ist der Begriff Rollieren für beide Verfahren der Oberflächenbearbeitung geläufig. Jedoch kann es sinnvoll sein zu differenzieren. Wichtigstes Unterscheidungsmerkmal ist die Zielsetzung: Beim Glattwalzen wird eine bestimmte Rauigkeit auf der Werkstückoberfläche erzeugt. Dagegen ist die Aufgabe des Festwalzens, die Festigkeit der Randschicht zu erhöhen. Auch dafür entwickelt Ecoroll Festwalzmaschinen, zum Beispiel den Maschinentyp RHA - eine kundenspezifische Konstruktion, mit der Hohlkehlen an Schrauben für die Luftfahrtechnik festgewalzt werden. Bei dieser Anwendung findet das Festwalzen direkt nach der Wärmebehandlung statt.Erhöhte Bauteillebensdauer um das Zehnfache möglichSeit vielen Jahren kommt das Festwalzen in der Metallbearbeitung erfolgreich zur Anwendung. Außer der Festigkeitssteigerung und der damit verbundenen Verlängerung der Bauteillebensdauer wird mittels des Verfahrens zugleich eine sehr geringe Oberflächenrauigkeit erzielt. Zudem lassen sich Druckeigenspannungen und Versetzungen in der Werkstoffstruktur beseitigen, sodass die Bildung und das Wachsen von Rissen verzögert werden. Dadurch ist eine Verlängerung der Lebensdauer um das Zehnfache möglich. Die Schwingungsfestigkeit kann teilweise um das Vierfache erhöht werden. Im Vergleich zu Bearbeitungsverfahren wie dem Kugelstrahlen ermöglicht das Festwalzen in der Regel einen höheren Anstieg der Festigkeit. Ferner ist es insbesondere bei rotationssymmetrischen Werkstücken besser in Prozessketten inttegrierbar. Meist werden Glattwalzwerkzeuge, wie die von Ecoroll, auf konventionellen Werkzeugmaschinen verwendet. Somit kann ein Werkstück unmittelbar nach dem Zerspanen in der gleichen Aufspannung festgewalzt werden. Rüstzeiten und Transportkosten entfallen. In Einzelfällen, bei denen es - wie beim Glattwalzen - nicht sinnvoll ist, eine Drehmaschine mit dem Verfahren zu belegen, kann eine Festwalzmaschine für spezielle Anwendungen von hohem Nutzen sein wie in der Luftfahrttechnik.Dort hat sich das Festwalzen generell als ein Verfahren zur Bearbeitung der Turbinen- beziehungsweise Verdichterschaufeln von Flugzeugtriebwerken etabliert. Die Oberflächenverfestigung wirkt sich erheblich auf die Lebensdauer eines derart hoch belasteten Bauteils aus. Für diese Anwendung hat Ecoroll unter anderem ein zangenartiges Werkzeug gebaut, bei dem keine äußeren Kräfte auf das Werkstück wirken, weil sich die Kräfte gegenseitig kompensieren. Ein ungewolltes Verformen der dünnwandigen Schaufeln kann so verhindert werden. Grundsätzlich ermöglicht das seit Jahren bewährte Ballpoint-Werkzeugprinzip von Ecoroll die Bearbeitung nicht-rotationssymmetrischer Flächen. Dieses patentierte Funktionsprinzip basiert auf einer hydrostatisch gelagerten Kugel, die frei beweglich ist und bei derartigen Flächen „zeilenweise“ über die Oberfläche geführt wird. Es eignet sich auch zur Bearbeitung gehärteter Werkstücke.Im Grundaufbau ähnlich, in den Ausmaßen jedoch wesentlich größer, sind Werkzeuge von Ecoroll zur Gewindebearbeitung. In diesem Fall handelt es sich bei den Werkstücken um Teile eines Bohrgestänges, wie es bei der Erdöl- und Erdgasförderung verwendet wird. An diesen Werkstücken ist das Gewinde der kritische Bereich, weil es im Gewindegrund stets zu einer Spannungskonzentration kommt. Bei einem Nenndurchmesser von 350 mm sind sehr hohe Festwalzkräfte nötig, um die erforderliche Veränderung der Randschicht im Gewindegrund zu erzielen. Daher wurde auch für diese Anwendung ein zangenartiges Werkzeug entwickelt, das über drei Rollen den Gewindegrundradius festwalzt.Stärken des Glattwalzen bei Rauigkeit unter 10 µmDas Glattwalzen hat lediglich die Reduzierung der Rauigkeit zum Ziel. Rauigkeitsspitzen werden abgebaut. Große technische und wirtschaftliche Vorteile kommen besonders bei Rautiefen RZ, 10 µm zum Tragen. Kennzeichnend für die erzeugten spiegelglatten Oberflächen sind ein hoher Profiltraganteil. Weitere Vorteile glattgewalzter Oberflächen resultieren aus der geringeren Reibung, erhöhten Verschleißfestigkeit und Zunahme der Oberflächenhärte. Beim Glattwalzen entstehen weder Späne noch Schleifschlamm wie beim Gleitschleifen. Somit sind Umweltbelastung und Entsorgungskosten reduziert. Kurze Bearbeitungszeiten und der Wegfall einer teuren Nachbearbeitung erhöhen weiter die Wirtschaftlichkeit. Aufgrund der Umstellung von Schleifen, Polieren oder Honen auf Glattwalzen ist eine Reduzierung der Fertigungskosten um mehr als 50% möglich.In Kombination mit Schälprozessen ist das Glattwalzen ein äußerst effizienter Prozess zur Fertigbearbeitung von Rohren. So wirkt sich die Verbindung aus spanendem und umformendem Prozess vorteilhaft bei Hydraulikzylinderrohren aus, an die hohe Anforderungen in Rauigkeit und Formtoleranz gestellt werden. Dabei muss die Wirtschaftlichkeit denen anderer Verfahren wie dem Honen überlegen sein. Der Verbund aus Schälen und Glattwalzen wird diesen Anforderungen gerecht. So erfolgt die Zerspanung beim Werkzeug Omega von Ecoroll im vorderen Teil über drei oder sechs schwimmend gelagerte Messer, die sich auf einem gemeinsamen Zentrum abstützen. Diese Anordnung gewährleistet eine sehr gute Kreisform. Die beim Zerspanen anfallenden Späne werden nach vorne aus dem Rohr gespült, weil direkt nach dem Spanabtrag das Glattwalzen folgt. Die erzeugte Oberfläche hat eine Rauigkeit Ra von etwa 0,2 µm und bedarf keiner weiteren Nachbearbeitung. Derartige Kombi-Werkzeuge können bei Durchmessern von 38 bis 450 mm und bei Rohrlängen bis 15 m verwendet werden.